1

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes

1.1.1 El problema

Las fisuras en el hormigón, son roturas que aparecen generalmente en la superficie

del mismo debido a la existencia de tensiones superiores a su capacidad de

resistencia. Cuando la fisura atraviesa de lado a lado el espesor de una pieza se

convierte en grieta.

El mayor problema se presenta cuando la retracción no puede realizarse

libremente, es decir el hormigón se encuentra restringido a los cambios

volumétricos, ya sea por problemas de vínculos, encofrados, o por la forma del

elemento constructivo. Este impedimento puede provocar una importante

fisuración la cual atenta contra la durabilidad y futuro comportamiento del

hormigón, por cuanto las fisuras además de provocar el debilitamiento del

material, facilitan su agresión física y química, y especialmente, la de las

armaduras, y puede afectar su capacidad para soportar las cargas de diseño, además

de dañar su apariencia.

Hay que distinguir dos aspectos de la contracción: la producida por el fragüe de la

pasta de cemento en la fase de endurecimiento (retracción por fragüe) y la otra que

es producto de las variaciones del contenido de humedad del hormigón

(contracción o expansión). Esta última es la que comúnmente se denomina

contracción o retracción por secado. La exposición del hormigón a un ambiente no

saturado de humedad provoca su contracción, tanto en estado fresco como

endurecido. Este fenómeno, es favorecido a su vez, cuando existe una considerable

acción del viento y también cuando aumenta la temperatura.

1.1.1.1 Planteamiento

En la bibliografía se hallan menciones frecuentes al uso de fibras sintéticas en

hormigones de cemento portland, buscando cambiar su reología y generar

principalmente un control de la microfisuración.

2

Las fisuras por retracción son pequeñas, fisuras irregulares que pueden

desarrollarse en el hormigón durante las primeras 6 horas después de su

colocación. No deben confundirse con las fisuras superficiales, dado que las fisuras

por contracción usualmente pasan a través de todo el espesor de la losa.

Los fabricantes de fibras sintéticas afirman que sus productos pueden ser usados

para minimizar la fisuración por retraccion plástica o por secado prematuro.

Mezclando las fibras en el hormigón en los dosajes recomendados resulta en

millones de fibras dispersas uniformemente en la matriz del hormigón. Este

refuerzo multidimensional supuestamente otorga al hormigón mayor capacidad de

resistencia a tracción. Si se forman las fisuras por retracción, las fibras unen estas

fisuras, ayudando a reducir su longitud y anchura.

Los efectos de las fibras sobre el comportamiento del hormigón plástico y

endurecido varían dependiendo de los materiales del hormigón, proporciones de la

mezcla, tipo y longitud de la fibra, y cantidad de fibra agregada.

De tal forma se plantea una alternativa de solución al problema de las Fisuraciones

producidas por retracción plástica, aplicando fibras de caucho en dimensiones de

acuerdo al tamaño máximo del agregado Ǿagr ≥ 2 L Fibra O MENOR.

En donde:

Ǿagr = Diámetro del agregado

L = longitud de la FIBRA DE CAUCHO

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general

Analizar la reducción de fisuras por retracción plástica en el hormigón aplicando

fibras de caucho.

1.2.2 Objetivos específicos

Determinar las características de los agregados para la elaboración de mezclas,

mediante ensayos de laboratorio para grava y arena, estableciendo la calidad de

los mismos.

3

Estudiar el comportamiento en laboratorio del HORMIGÓN CON ADICIÓN DE

FIBRAS DE CAUCHO mediante testigos que en este caso serán réplicas de losas

de hormigón según la norma ASTM 1579-06 en el cual se medirán las

Fisuraciones y se hará un análisis comparativo con las losas de un HORMIGÓN

PATRÓN.

Elaborar una dosificación patrón con el método ACI-211.

Determinar las resistencias a la compresión del hormigón tomando como testigos

probetas cilíndricas de 15cm x 30cm.

Analizar, mostrar y comparar los resultados para cada mezcla realizada, de forma

gráfica y analítica.

Analizar distintos porcentajes de caucho triturado entre 0.025% - 0.10% en

función a 1m3 de hormigón para adherirlos a la mezcla de hormigón.

Determinar la mezcla que se ajusta más a los parámetros establecidos y sujetos a

comprobación.

Analizar la posibilidad de utilizar material reciclado de caucho triturado para la

incorporación en las mezclas de hormigón.

Establecer los costos de producción de las mezclas.

1.3 Justificación

1.3.1 Justificación teórica

La presente investigación pretende, hacer un análisis de reducción de Fisuraciones

provocadas por la retracción plástica del hormigón, tanto por retracción plástica como

por secado; aplicando fibras de caucho, el cual se añadirá al hormigón como un

complemento para poder alcanzar el objetivo de la presente investigación.

1.3.2 Justificación metodológica

Para poder cumplir los objetivos, se hará el análisis de la mezcla del hormigón con

fibras de caucho las cuales actuarán como fibras sintéticas para la reducción de

Fisuraciones ocasionadas en las primeras 24hrs. Para esto se realizarán dosificaciones

de acuerdo a la norma ASTM 1579-06 para hormigones; estos porcentajes según la

4

bibliografía consultada variarán entre 0.025% hasta 0.10%, en las cuales se aplicará

fibras de caucho de forma manual directamente incorporando al tambor de la

mezcladora y ésta será la mezcla que se vaciará en testigos de losas y probetas para

su estudio; para lo cual también se hará una comparación con un hormigón patrón.

Las fibras de caucho se obtendrán de las plantas trituradoras ubicadas en Quillacollo

ciudad de Cochabamba o en la ciudad de Santa Cruz.

El costo del material aproximado es de 700 $ a 900 $ la tonelada dependiendo del

departamento al cual será puesto el material, esto da un precio aproximado de 5 a 6

Bs por Kg. El costo en cantidades menores se incrementa en un 10% a 15%, lo cual

nos da una referencia que es un precio relativamente barato para el uso de este material

en hormigones.

Los ensayos de laboratorio se realizarán de la siguiente manera:

Para la determinación de la resistencia a compresión del hormigón se hará el armado

del molde cilíndrico de 15x30 cm lo cual a su posterior colocado del hormigón se

procederá al rompimiento de la probeta y se determinará su resistencia en (kg/cm2)

ASTM C1579-06.

Para el análisis de las Fisuraciones en el hormigón se determinarán de la siguiente

manera:

Primeramente se harán las réplicas de losas de hormigón que para nuestro estudio se

analizarán para el máximo tamaño de agregado grueso igual o menor de 19 mm,

utilizar un molde con una profundidad de 100 ± 5 mm dimensiones rectangulares de

355 ± 10 mm por 560 ± 15 mm El molde se puede fabricar de metal, plástico, o madera

contrachapada.

Los paneles de control de hormigón y hormigón reforzado con fibras se preparan de

una manera prescrita y están expuestos a condiciones de secado controladas después

de terminar. Las condiciones de secado están destinados a ser lo suficientemente grave

como para inducir agrietamiento por contracción plástica en paneles de control de

5

prueba hecho de hormigón. La velocidad de evaporación de una superficie de agua

libre es monitoreada por recipientes que se depositen junto a los paneles en una cámara

ambientada.

1.3.3 Justificación práctica

La investigación propuesta permitirá comprobar soluciones viables al problema de la

fisuración en la etapa de fraguado del hormigón, con lo cual se buscará dar una

alternativa la fibras de caucho como refuerzo del hormigón y poder combatir estas

patologías en la etapa temprana de la confección del hormigón, como así también

tratar de utilizar un material reciclado en las mezclas para la fabricación de elementos

estructurales.

1.4 Alcance del estudio

1.4.1 Consideraciones generales

Para el posterior estudio, de acuerdo a la metodología elegida, se pretende realizar el

siguiente análisis:

Para el hormigón patrón: análisis de las patologías mencionadas en el trabajo de

investigación y su desarrollo en laboratorio.

Para el hormigón con Fibras de Caucho: aplicación de distintos porcentajes de fibras

de caucho que variará entre 0.025% 0,05% y 0.10% para 1 metro cúbico de mezcla

de hormigón.

Caracterización de los materiales.

Dosificación de Mezclas.

Ensayo ASTM 1579-06 (para el análisis de fisuracion del Hº patrón y el Hº con Fibras)

Determinación de la resistencia a compresión.

6

1.4.2 Análisis de alternativas

Existen algunas alternativas para la reducción de fisuras en el hormigón las cuales se

presentan a continuación:

Mediante la incorporación de aditivos SIKA los cuales existen en nuestro medio.

También se realizan métodos mejor llamados que se aplican in-situ en los cuales se

colocan paneles de nylon encima del hormigón recién vaciado para evitar los agentes

externos como el viento que es el principal factor de la formación de fisuras.

Otra forma de evitar fisuras es la adición de fibras sintéticas como por ejemplo fibras

de hierro, fibras de polipropileno, nylon, etc.

Para nuestro estudio vamos a hacer un análisis de fibras sintéticas naturales que en

nuestro caso son las fibras de caucho, las cuales se obtienen de la trituración del

caucho reciclado de las gomas d autos y otros.

Características Físicas del Hormigón Convencional

Se indican valores aproximados:

Densidad: Igual o mayor a los 2400 kg/m3.

Resistencia a la compresión: de 100 a 500 kg/cm2 para el hormigón ordinario. Existen

hormigones especiales de hasta 2000 kg/cm2.

Resistencia a la tracción: proporcionalmente baja, generalmente despreciable en el

cálculo global, del orden de un décimo de la resistencia a la compresión.

Concepto de refuerzo del hormigón con fibras

Reseña histórica de la tecnología de incorporación de fibras al hormigón

Las fibras con una adecuada resistencia mecánica a la tracción, homogéneamente

distribuidas dentro del hormigón, constituyen una micro-armadura la cual, se muestra

extremadamente eficaz para contrastar el fenómeno de fisuración por retracción y,

además de conferir al hormigón una ductilidad (1) que puede llegar a ser considerable

7

en la medida en que sea elevada la resistencia de las fibras y su cantidad, confiriendo

en tales circunstancias una gran tenacidad (2) al hormigón.

Como es conocido, en la mayoría de los actuales códigos de diseño, la resistencia a

tracción del hormigón (debido a su conducta frágil), es normalmente despreciada

dentro de las consideraciones de cálculo. Con la inclusión de una matriz

fibroreforzada, esta propiedad de resistencia a tracción se logra estabilizar, de manera

tal que la misma puede ser considerada como propiedad mecánica con fines de diseño.

Hormigones con fibras de refuerzo

Usadas las fibras inicialmente para reducir el agrietamiento por contracción plástica

del concreto, el mercado consistía principalmente en la presencia de fibras sintéticas

de polipropileno y nylon.

El uso de fibras se hizo imprescindible en el concreto celular, ya que las deficiencias

de una mezcla fluida, se ven afectadas por el secado o una deshidratación rápida, lo

que ocasiona contracciones, sin embargo, estas contracciones son controladas gracias

al uso de la fibra de polipropileno.

De estas fibras deben usarse las del tipo de segunda generación, es decir las que

forman una malla tridimensional de refuerzo con el fin de evitar los problemas de

curado, por otro lado, los productos de concreto celular prefabricados son más

susceptibles mientras ganan buena parte de su resistencia, por lo que al moverlos entre

el tercero y sexto días son susceptibles a despiques, la fibra ayuda a controlar esos

movimientos y a controlar las grietas por golpes.

El concreto con fibras es apropiado para superficies grandes que tiendan a fracturarse

precisamente por su longitud muros, losas, pavimentos y pisos industriales.

Como se mencionó, la adición de fibras de diversas clases y tipos al concreto celular,

puede reducir la desfavorable contracción.

Los beneficios de la adición de fibras al concreto celular de baja densidad son

considerables, estas fibras pueden reducir notablemente la formación de fisuras por

8

contracción plástica o por secado e incrementan la resistencia a la flexión y a la

tensión.

La fibra debe ser resistente al álcali; puede tratarse de resinas sintéticas o de fibra de

vidrio, fibras de polietileno, polipropileno o acero según las necesidades del proyecto.

La cantidad utilizada está determinada por la trabajabilidad del concreto y el costo.

Hormigones con Cascote de Ladrillo

Como su nombre lo indica, es ladrillo triturado. Éste está conformado por un 80% de

arcilla, con el agregado del material ligante, más impurezas. Químicamente la arcilla

está compuesta por: 45% a 70% de sílice, 10% a 40% de alúmina y 10% a 20% de

agua.

Es un material proveniente de los hornos de ladrillos, residuos de la fabricación de

baldosas o recuperación de escombros, que previa limpieza de impurezas, trituración

y cribado pueden ser usados como agregados.

El material puede ser obtenido por machaqueo de piezas de ladrillo o a partir de

escombros de construcción, en este caso se deberá tener cuidado de que se reduzca al

mínimo el contenido de impurezas o mezclas con otro material.

Constituye un agregado liviano de mayor peso específico aparente que los descriptos

anteriormente (peso específico del material suelto y seco: 900 a 1200 kg/m3). Su

porosidad depende de la naturaleza de las tierras utilizadas y del proceso de

elaboración.

Hormigones con arcilla expansiva

Las propiedades más sobresalientes que se puedan obtener son:

Reducción aproximada de un 30% del peso total de la estructura sin afectar la

resistencia. Permite cálculos de secciones estructurales que con áridos pesados,

ahorrando materia prima.

Facilidad de acarreo en obra, tanto del agregado como de hormigones frescos. Ahorro

de tiempos y jornales.

Hormigones con poliestireno expandido

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Densidad - peso específico: Las distintas densidades que se encuentran son:(200 – 250

– 300 – 350) kg/m3

Características de bombeo: Dada la forma esférica del agregado (en el caso de la

perlita) el hormigón una vez preparado adquiere una movilidad increíble,

permitiéndole el bombeo hasta una altura mayor que 60m.

Trabajabilidad: Gracias también a la forma esférica y a la granulometría de la perlita,

se obtiene un hormigón de muy buena trabajabilidad debido a que la trabazón entre

perlitas es mínima.

El hormigón realizado con poliestireno posee muy baja retracción y no produce fisuras

durante el fraguado, es por esto que puede aplicarse en grandes superficies sin

necesidad de juntas de dilatación.

Los elementos constructivos elaborados con este material muestran un excelente

comportamiento en caso de incendio, siendo muy aptos para muros contrafuego.

Cuadro Resumen:

En función a lo estudiado, es que vamos a investigar las propiedades tanto físicas

como mecánicas de un Hº convencional vs Hº reforzado con fibras de caucho.

1.4.3 Resultados a lograr

Obtención y generación de información necesaria para el desarrollo del estudio y del

informe final.

Análisis de laboratorio para los materiales componentes de la mezclas.

Caracterización de las muestras de materiales, comparación de similitudes y

diferencias entre ambas mezclas en dosificación.

Dosificación para hormigón estructural f´c= 210 Kg/m2, en función a la norma ACI

211.1

Elaboración y rotura de una muestra de probetas tanto para el Hº convencional, como

para cada Hº adicionado con fibras en los distintos porcentajes propuestos.

10

Comparación de los resultados obtenidos del ensayo ASTM 1579-06, en el cual se

hará un análisis de las fisuraciones tanto en el Hº patrón, como en el Hº fibroreforzado.

Comparaciones entre las resistencias obtenidas de ambos ensayos.

Comprobación de la hipótesis planteada en la propuesta.

1.4.4 Hipótesis

Con la aplicación de fibras de caucho a un hormigón convencional en los porcentajes

a estudiar de 0.025, 0.050 y 0.10 %, se reducirá las Fisuraciones provocadas por

retracción plástica e hidráulica con respecto a una muestra patrón sin refuerzo de

fibras, obteniendo así la mejora en la funcionalidad del hormigón y aumentar su

durabilidad y mejorar su aspecto estético del hormigón.

VARIABLES:

Variable Dependiente: Retracción Plástica del Hormigón

Variable Independiente: Fibras de Caucho

Variables intervinientes:

Dosificación del hormigón PATRÓN.

Dosificación del hormigón con FIBRAS DE CAUCHO.

Análisis de consistencia del hormigón mediante el cono de abrams

(TRABAJABILIDAD).

Control de variables (velocidad del viento, temperatura, humedad relativa, tasa

de evaporación.)

11

2. MARCO TEÓRICO

2.1 Reseña histórica de la tecnología de incorporación de fibras al hormigón

2.1.1 Antecedentes

Según macaferri 2009, la idea de reforzar con materiales fibrosos manufacturas

resistentes pero de elevada fragilidad se remonta a muchos años atrás; en el antiguo

Egipto se introducía paja al macizo arcilloso con el cual confeccionaban ladrillos

para conferirle una mayor resistencia y por lo tanto una buena manejabilidad después

de la cocción al sol.

Existen otros ejemplos históricos de refuerzo con fibras: revoques reforzados con crin

de caballo, o también con paja en las construcciones más precarias, para evitar fisuras

de retracción, paneles en yeso armado con trenzados de bambú, conglomerados de

cemento reforzados con fibras de amianto, etc.

La orientación científica cuanto la tecnología del refuerzo con fibras es

indudablemente más reciente.

Son de los años ’50 los primeros estudios sobre la utilización de fibras de acero y de

vidrio en el hormigón. En los años ’60 aparecieron los primeros estudios sobre

hormigones reforzados con fibras sintéticas.

La definición del hormigón fibroreforzado en el Boletín Oficial CNR N. 166 parte IV,

en Italia es:

“La utilización de fibras en el interior de la matriz del hormigón tiene como finalidad

la formación de un material compuesto en el cual el conglomerado, que ya puede ser

considerado un material constituido por un esqueleto de agregados disperso en una

matriz de pasta de cemento hidratada, está unido a un elemento de refuerzo formado

por un material fibroso de diferente naturaleza”.

12

2.1.2 Concepto de refuerzo del hormigón con fibras

Según macaferri 2009, las fibras con una adecuada resistencia mecánica a la tracción,

homogéneamente distribuidas dentro del hormigón, constituyen una micro-armadura

la cual, se muestra extremadamente eficaz para contrastar el fenómeno de fisuración

por retracción y, además de conferir al hormigón una ductilidad (1) que puede llegar

a ser considerable en la medida en que sea elevada la resistencia de las fibras y su

cantidad, confiriendo en tales circunstancias una gran tenacidad (2) al hormigón.

Como es conocido, en la mayoría de los actuales códigos de diseño, la resistencia a

tracción del hormigón (debido a su conducta frágil), es normalmente despreciada

dentro de las consideraciones de cálculo. Con la inclusión de una matriz

fibroreforzada, esta propiedad de resistencia a tracción se logra estabilizar, de manera

tal que la misma puede ser considerada como propiedad mecánica con fines de diseño.

En el capítulo 3 de la presente publicación se expondrá en detalles esta gran ventaja

técnica.

Debido a que, por dificultades operativas, generalmente no se realizan sobre el

hormigón en- sayos de tracción directa, la evaluación de tal propiedad de resistencia,

así como de ductilidad y de tenacidad, se efectúa indirectamente mediante ensayos de

flexión sobre vigas o placas, así como se comentará en los capítulos siguientes con

más detalle. El gráfico 2.1 ilustra cualitativamente las posibles respuestas, que se

pueden obtener mediante los referidos ensayos de flexión, sobre elementos de

hormigón fibroreforzado, representadas en su mayoría mediante gráficos de carga vs.

Abertura de fisura o carga vs. Deflexión.

Bajo cargas moderadas, inferiores a la de rotura del hormigón, el comportamiento del

material es siempre elástico y no se produce ninguna fisuración en la probeta bajo

ensayo de flexión, in- dependientemente de la presencia o calidad y cantidad de fibras.

Sin embargo, comportamientos bastante distintos se pueden verificar continuando la

prueba, incrementando la carga a partir del punto A, denominado “punto de primera

fisuración”

13

FIGURA 2.1 – 1: TENACIDAD DEL HORMIGÓN

Fuente macaferri 2009

- La curva I esquematiza el comportamiento de un hormigón simple sin refuerzo. La

estructura, siendo isostática (la vigueta simplemente apoyada en sus extremos), una

vez alcanzada la carga de primera fisuración, ésta colapsa de inmediato, siendo el

típico comportamiento de un material frágil.

- La curva II muestra la capacidad del hormigón (fibroreforzado) para absorber

después del punto de primera fisuración cierta carga, aunque baja (A-B), con luego un

colapso más lento (comportamiento suavizado).

- La curva III es típica de un material dúctil el cual muestra un hormigón capaz de

soportar, a partir del punto de primera fisuración, un desplazamiento importante (A-

B) bajo carga constante, bastante antes del colapso que es verificado de una manera

más lenta (comportamiento plástico).

- La curva IV finalmente evidencia un hormigón con un cierto incremento de carga

portante bajo un amplio desplazamiento (A-B), después del punto de primera

fisuración (comportamiento endurecido).

Es importante destacar que todos estos posibles comportamientos, o grados de

ductilidad y tenacidad adquiridos por el hormigón, dependen de la cantidad de fibras,

sus características mecánicas y geométricas.

14

En cuanto a la influencia de la geometría de las fibras (formas y dimensiones

longitudinales y transversales) sobre el comportamiento del FRC(3) y del SFRC(4),

aunque cada aspecto anteriormente mencionado es importante, la relación longitud(L)

– diámetro equivalente(D) (denominada relación de aspecto o de esbeltez) es el

parámetro más característico, ya que de su valor dependen la ductilidad y la tenacidad

del hormigón fibroreforzado (Gráfico 2.1-1).

FIGURA 2.1 – 2: FLEXIÓN SIMPLE APLICADA

Fuente macaferri 2009

Obviamente las características mecánicas de las fibras, esencialmente su resistencia a

la tracción, tienen un papel fundamental en el comportamiento del FRC y del SFRC

ya que, al no producirse la extracción (pull out) impedida por la adherencia real e

impuesta entre la interfaz fibra-hormigón (Gráfico 2.1-2), puede llevar la rotura de la

fibra debido la insuficiencia de su resistencia a la tracción (Gráfico 2.1-3).

15

FIGURA 2.1 – 3: RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

Fuente macaferri 2009

FIGURA 2.1 – 4: ADICIÓN DE LA FIBRA AL HORMIGÓN

Fuente macaferri 2009

Finalmente la dosificación, o sea la efectiva cantidad de fibras presentes en el

hormigón (kg/m3, o % Vf (5)), ciertamente incide notablemente, junto con las ya

comentadas características geométricas y mecánicas de las fibras, sobre el grado de

ductilidad y tenacidad que adquiere el hormigón fibroreforzado (Gráfico 2.1-5)

16

Es interesante observar que con el incremento de la relación de aspecto (L/D)

disminuye, dentro de ciertos límites, la cantidad de fibras (dosificación) necesaria para

alcanzar un determinado resultado (Gráfico 2.1-4), debido a que estadísticamente se

incrementa la resistencia a la tracción, como directa consecuencia del incremento

estadístico de la longitud de fibra a extraer.

FIGURA 2.1 – 5: CURVA DE DOSIFICACIÓN SEGÚN LA LEY DE Mc_KEE

Fuente macaferri 2009

FIGURA 2.1 – 6: CURVA INCREMENTO DE DENSIDAD

Fuente macaferri 2009

17

Es importante destacar que, todo el conjunto de las características mencionadas que es

utilizado para determinar el comportamiento del hormigón fibroreforzado y el

resultado óptimo depende de una adecuada combinación de todos los factores, ya que

cada uno por sí tiene siempre un límite en su influencia, más allá de cual sea el

resultado se muestra inútil cuando no es efectivo, como se evidencia claramente

(Gráfico 2.1-5) para el caso de la dosificación:

El primer trecho de la curva muestra como una dosificación muy baja prácticamente

no tiene efectos (comportamiento suavizado), ya que dispersando pocas fibras en la

mezcla, su distancia relativa es tan grande que no produce consecuencia alguna.

El segundo trecho muestra cómo, aumentando el número de fibras, o sea reduciendo

el volumen de influencia de cada fibra, se alcanzan configuraciones de superposición

estadística de las fibras entre sí con buenas posibilidades de interacción

(comportamiento plástico), produciéndose un incremento de la ductilidad del

hormigón directamente sensible a la dosificación efectiva.

El tercer trecho muestra finalmente como, más allá de una determinada dosificación

(comportamiento endurecido), el incremento de la ductilidad, aumentando por el

contrario las dificultades de realizar una mezcla uniforme y fluida.

Para concluir con este capítulo, a propósito de calidad y cantidad de fibras metálicas a

introducir en un elemento en SFRC, se pueden avanzar las consideraciones

cuantitativas siguientes:

- La relación de aspecto debe también ser suficientemente elevada, entre 20 y 40.

- La dosificación no debe ser inferior a 2-2.5kg/ m3 (0,025%-0,03% en volumen) y

puede alcanzar, para las aplicaciones más exigentes, los 5 o 10kg/ m3 (0,5 -1 % en

volumen).

2.2 Materiales componentes del hormigón

El concreto cuyas características de resistencia, versatilidad, durabilidad y economía,

lo han convertido en el material de construcción más utilizado en el mundo, se puede

18

definir como una piedra artificial formada por cemento portland, agregados, agua y

aire, material de naturaleza simple pero con una compleja naturaleza interna.

De sus componentes, se tenía la hipótesis de que el cemento era la parte activa que

reacciona con el agua, utilizando a los agregados como material de relleno, pero se ha

puesto en evidencia que los agregados participan activamente en la vida del concreto.

Con una idea muy general se puede hablar de que los integrantes del concreto se

encuentran distribuidos tomando como base su peso en los porcentajes siguientes:

Pasta (Cemento + Agua) de un 23 a un 25 %, Agregados (Grava y Arena) de 73 a 75

% y aire atrapado 2 %.

FIGURA 2.2 – 1: MATERIALES COMPONENTES DEL HORMIGÓN

2.3 Cemento portland

Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le

dan la capacidad de unir fragmentos sólidos para formar un material resistente y

durable, constituye entre el 7 y 15 % de volumen total de concreto, es el componente

activo de la mezcla y por tanto influye en todas sus características.

Es un conglomerante hidráulico, que proviene de la pulverización del Clinker obtenido

por fusión insipiente de materiales arcillosos y calizos, que contengan óxidos de calcio,

silicio, aluminio y fierro en cantidades convenientemente dosificadas.

19

Como materia prima del cemento se emplean la caliza y la arcilla es posible sustituirla

por otras que tengan sus mismos óxidos.

Se llama cemento Portland al producto que se obtiene pulverizando, en polvo fino el

clínker procedente de la calcinación hasta la fusión incipiente de una mezcla íntima en

proporciones adecuadas de materiales calcáreos y arcillosos sin más edición que la de

yeso.

Composición química del cemento

TABLA 2.3 – 1: COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO

Composición Química del Cemento Portland

Compuesto Fórmula

Química

Abreviatura

Usada

Porcentaje

Silicato Tricálcico 3CaOSiO2 C3S 40 – 50 %

Silicato Dicálcico 2CaOSi2 C2S 20 – 30 %

Aluminato Tricálcico 2CaOAl2O3 C3A 10 – 15 %

Ferroaluminato

Tetracálcico 4CaOAl2O3Fe2O3 CA4F 5 – 10 %

Fuente: http://apuntesingenierocivil.blogspot.com

Tipos de cemento portland

Debido a la notable evolución de la industria del cemento se puede contar diversos

tipos. Generalmente el cemento portland se clasifica de acuerdo a la normalización

del país (En Bolivia se usa la Norma NB – 011). Las normas ASTM, clasifica 5 tipos

de cementos enumerándolos del I al V, la diferencia en las propiedades en los tipos

de cemento depende de la proporción relativa que ellos poseen de los cuatro

componentes principales.

La norma también se refiere a cementos tipo I-A, II-A y III-A, que son exactamente

los tipos I, II y III, excepto que durante el proceso de pulverización de Clinker se le

20

adiciona un material incorporador de aire. También existe el cemento tipo I-M que es

el mismo tipo I pero con resistencia superior.

Tipo I: Para obras de hormigón en general donde las propiedades especiales de los

otros tipos de cementos no son requeridas.

Tipo II: Para uso en construcción de hormigón en general expuestas a la acción de

sulfatos o donde se requiere un moderado calor de hidratación.

Tipo III: Cuando se requiera una alta resistencia inicial.

Tipo IV: Para usar cuando requiera bajo los valores de calor de hidratación.

Tipo V: Cuando se requiere una alta resistencia a los sulfatos (alcalinos).

2.3.1 Propiedades del cemento portland

Hidratación y calor de hidratación

Cuando el agua y el cemento reaccionan, se genera calor de hidratación durante los

procesos de fraguado y endurecimiento haciéndose importante en estructuras de

considerable masa, debido a que si no se disipan rápidamente puede ocurrir un

incremento en la temperatura del concreto, produciéndose una rápida evaporización

del agua y cambios volumétricos que llevan a la contracción del material y su eventual

agrietamiento. Las secciones estructurales delgadas disipan el calor de hidratación

difundiéndolo al ambiente; intercambio que se hace más difícil a medida que se

engruesa la sección. La cantidad de calor generado durante los primeros siete días

para los diferentes tipos de cemento, expresados como porcentaje del total se muestra

a continuación:

21

TABLA 2.3.1 – 1: CALOR GENERADO EN LOS PRIMEROS 7 DÍAS

Cantidades Aproximadas de Calor Generado en los Primeros 7 Días

Tipo de

Cemento Características

% De Calor

Generado

I Uso General 100

II Moderada resistencia a los Sulfatos 80 – 85

III Desarrolla, altas fuerzas iniciales 150

IV Desarrollo de bajo calor de

hidratación 40 – 60

V Desarrollo de alta resistencia a los

Sulfatos 60 - 75

Fuente: Tecnología del Hormigón (Vitervo O'Reilly)

Peso específico

El peso específico o densidad del cemento es la relación entre la masa de una cantidad

dada y el volumen absoluto que ocupa esa masa. En el cemento portland puro, su valor

varía entre 3,10 y 3,15 g/cm3, y en el cemento con adiciones suele estar entre 2,90 y

3,0 g/cm3. El valor del peso específico del cemento en realidad no indica la calidad de

éste, y su valor es usado principalmente para el diseño de mezclas.

Existe gran variedad de métodos para determinar la densidad del cemento de los

cuales se pueden citar los de Le Chatelier, Schumann, Mann, Condlot y otros.

Superficie específica o finura

La finura es una propiedad muy importante del cemento y por ello tiene que someterse

a un control cuidadoso, especialmente de los fabricantes.

Las partículas de cemento, por ser muy pequeñas, no pueden ser separadas por mallas.

Por esta razón, el grado de finura del cemento se mide por otro tipo de métodos y

parámetros.

22

El parámetro de medición de la finura del cemento es el área específica, expresada

como el área de la superficie total en cm2 por gramo de cemento (o m2 por Kg de

cemento).

El área especificada en cm2/g significa la cantidad de superficie que un gramo de

partículas de cemento puede cubrir. Así, un cemento con área específica mayor será

más fino que otro con área específica menor.

Un aumento en la finura del cemento tiene los siguientes efectos:

Hidratación temprana.

Desarrollo rápido de la resistencia a la compresión en el concreto,

especialmente a edades mayores o cercanas a los 7 días.

Aun así, moler las partículas del cemento hasta obtener un alto grado de finura

presenta ciertas desventajas:

Representa un proceso con costos considerables.

Las partículas de cemento al ser más finas se deterioran con mayor rapidez por

la atmósfera.

Experimentan una reacción más fuerte con los agregados reactivos alcalinos.

Forman una pasta con mayor contracción y más susceptibilidad de

agrietamiento.

Tiempo de fraguado

Cuando el cemento se mezcla con el agua, formando de esta manera la pasta, mantiene

una plasticidad casi constante durante un tiempo, luego del cual la pasta cambia de

estado fluido a estado rígido, que se conoce como fraguado. El lapso que transcurre

desde el mezclado hasta dicho cambio se conoce como tiempo de fraguado. Aunque

durante el fraguado la pasta adquiere alguna resistencia, es conveniente diferenciar

entre fraguado y endurecimiento, pues este último se refiere al aumento de resistencia

de la pasta de cemento fraguada.

Se distingue entre fraguado inicial, que es el lapso entre amasado y la pérdida parcial

de plasticidad de la pasta, encontrándose el cemento parcialmente hidratado y

fraguado final, que es cuando la pasta deja de ser deformable ante cargas

23

relativamente pequeñas, con el cemento aún más hidratado A partir de este momento

comienza el endurecimiento de la pasta, proceso que se considera indefinido, aunque

para efectos de construcción se estima a los 28 días.

El tiempo de fraguado es importante porque da una idea del tiempo disponible para

mezclado, transporte, colocación vibrado y afinado de concretos y morteros, la edad

a la cual podrían soportar cargas, así como la de permitir tránsito sobre ellos y la

ejecución del tratamiento de curado.

El fraguado inicial debe presentarse a los 45 minutos como mínimo y el final antes de

10 horas para cualquier método (Aguja de Vicat o de Gillmore).

Resistencia

Ésta es la propiedad más importante del cemento endurecido en cuanto a requisitos

estructurales y por esto está indicada en todas las especificaciones.

En la mayoría de países del mundo, se mide la resistencia por medio de morteros

hechos con materiales específicos y en condiciones muy controladas. Las pruebas de

resistencia que existen son las de compresión, tensión y flexión, siendo la primera la

más importante puesto que las otras tienen un valor muy pequeño relativo al de

compresión.

2.4 Agregados del concreto

En términos generales, los agregados ocupan aproximadamente las tres cuartas partes

del volumen de concreto y por lo tanto su calidad es de considerable importancia no

solamente desde el punto de vista económico sino también desde otros como la

resistencia, durabilidad, trabajablidad y del comportamiento estructural del hormigón.

Los agregados son una masa de materiales casi siempre pétreos, que se consideraban

originalmente inertes; pero sus propiedades físicas, químicas, mecánicas y térmicas

influyen sobre el comportamiento del hormigón.

Están constituidos por la parte fina (arena) y la parte gruesa (grava o piedra triturada),

las cuales pueden provenir de fuentes naturales o artificiales. La arena o agregado

fino, es aquélla cuyo diámetro varía entre 74 µ y 5 mm; y la grava o agregado grueso

es aquélla cuyo diámetro es superior a 5mm. El material con diámetro menor a 74 µ

24

generalmente es limo o arcilla cuyas partículas tienen ciertas características que

interfieren en el proceso de hidratación del cemento y de allí que se consideran

perjudiciales para la pasta de hormigón.

Clasificación general

Los agregados comúnmente se clasifican según su procedencia, tamaño,

características petrográficas y densidad.

De acuerdo con el origen de los agregados, se pueden clasificar de la siguiente

manera:

a) Agregados naturales: son todos aquéllos que provienen de la explotación de fuentes

naturales, tales como depósitos de arrastres fluviales (arenas de río) o de glaciares

(canto rodado) y de canteras de diversas rocas y piedras naturales. Se pueden

aprovechar en su granulación natural o triturándolos mecánicamente, según sea el

caso, de acuerdo con las especificaciones requeridas.

b) Agregados artificiales: éstos se obtienen a partir de productos y procesos

industriales tales como: arcillas expandidas, escorias de alto horno, ladrillo triturado,

limaduras de hierro y otros. Generalmente son más ligeros o pesados que los naturales

Por su tamaño se clasifican como:

TABLA 2.4-1: CLASIFICACIÓN GENERAL AGREGADOS

Fuente: Tecnología del Hormigón (Vitervo O'Reilly)

Tamaño en mm > 50,8 50,8-19,1 19,1-4,76 4,76-2,0 2,0-0,42 0,42-0,074 0,074-0,002 <0,002

Denominación Piedra Grava GravillaArena

Gruesa

Arena

MediaArena Fina Limo Arcilla

Denominación

Reco mendacio ne

s para Ho rmigó n

Clasificación de los Agregados Según su Tamaño

Agregado Grueso Agregado Fino Fracción muy finaMaterial bueno para producir

hormigón

Material bueno para producir

hormigón

Material no

recomendable

25

Por su densidad se clasifican como:

TABLA 2.4-2: CLASIFICACIÓN AGREGADOS POR DENSIDAD

Fuente: Tecnología del Hormigón (Vitervo O'Reilly)

2.4.1 Funciones de los agregados

En estado plástico la arena y la pasta actúan como lubricantes de las partículas más

gruesas para que el concreto pueda ser mezclado, transportado, colocado, compactado

y terminado en forma adecuada.

La introducción de agregados a la pasta forma una trabazón tal que se genera una

superficie de adherencia que disminuye los cambios de volumen y se disminuye el

volumen total que puede sufrir contracción.

Aportan parte de la resistencia propia a la resistencia a la compresión característica

del concreto.

Los agregados como componentes del hormigón, deben contrarrestar con sus

propiedades de durabilidad, agentes nocivos como exposiciones severas a humedad,

secado, aguas o suelos agresivos.

2.4.2 Propiedades de los agregados

Del Agregado Del Hormigón

1350 - 1000Pizarras expandidas,

esquistos, escoria, arcilla

Hormigón liviano

estructural

500 - 1350 Pómez, perlita, diatomitaHormigón para

aislamientos

Normal 1300 - 2000 2000 - 2600

Arena, grava, piedra

triturada, clinker, escoria de

fundición

Obras de hormigón en

general

Pesado 2000 - 5600 > 2600Barita, limonita, magnetita,

limadura de acero, hematita

Hormigón macizo de

anclaje para protección

contra radiaciones

Clasificación de los Agregados según su Densidad

Densidad Aproximada

480 - 1300Liviano

Variedades mas comunes

de AgregadosEjemplo de Uso

Clasificación

del Agregado

26

Granulometría

La distribución de los distintos tamaños de los granos que componen un árido tiene

una importancia decisiva en las características del hormigón. El estudio de dicha

distribución suele efectuarse mediante la curva granulométrica, que se determina

cribando el árido a través de una serie normalizada de cribas y tamices.

Una vez efectuado el cribado del árido, pueden dibujarse su curva granulométrica

tomando en abscisas las aberturas de los tamices, y en ordenadas los porcentajes que

pasan por cada tamiz. Generalmente se emplean papel semilogarítmico.

El agregado grueso debe estar bien gradado entre los límites fino y grueso y debe

llegar a la planta de concreto separado en tamaños normales cuyas granulometrías se

indican a continuación:

TABLA 2.4.2 – 1: GRADACIÓN DEL AGREGADO GRUESO SEGÚN ASTM C33

Tamiz U.S.

Standard

Dimensión de la

malla (mm)

Porcentaje en peso que pasa por los

tamices individuales

19 mm 38 mm 51 mm

2" 50 - 100 100

1 ½" 38 - 95-100 95-100

1" 25 100 - 35-70

3/4" 19 90-100 35-70 -

1/2" 13 - - 10-30

3/8" 10 20-55 10-30 -

N° 4 4,8 0-10 0-5 0-5

N° 8 2,4 0-5 - -

Fuente: Norma ASTM C33

El agregado fino deberá estar bien gradado entre los límites fino y grueso y deberá

llegar tener la granulometría siguiente:

27

TABLA 2.4.2 – 2: GRADACIÓN DEL AGREGADO FINO SEGÚN ASTM C33

Tamiz U.S.

Standard

Dimensión de la malla

(mm)

Porcentaje en peso que

pasa

N° 3/8” 9,52 100

N° 4 4,75 95 - 100

N° 8 2,36 80 - 100

N° 16 1,18 50 - 85

N° 30 0,60 25 - 60

N° 50 0,30 10 - 30

N° 100 0,15 2 - 10

Fuente: Norma ASTM C33

Módulo de finura

Es la caracterización de la composición granulométrica de un árido, según Abrams,

que es el número que resulta de sumar los tantos por cientos retenidos en cada uno de

los tamices y dividirlos entre cien. Se emplea una serie de tamices denominada serie

Tyler, formada por 10 tamices de malla cuadrada, siendo la mayor de 3 pulg. (76,2

mm).

TABLA 2.4.2 – 3: MÓDULO DE FINURA DE LOS AGREGADOS

TAMAÑO MÓDULO

Grava gruesa

Grava media

Grava fina

Arena gruesa

Arena media

Arena fina

7,5

6,7

6,0

3,0

2,5

1,5

Fuente: Norma ASTM C33

28

El módulo de finura disminuye a medida que disminuye el tamaño de árido; la

determinación del módulo de finura (MF), se práctica según la A.S.T.M., deseando el

material a temperatura no superior a 110 °C y pesando cierta cantidad, según se trate

de arena o grava y se tamiza con la serie Tayler, se pesa el retenido en cada tamiz y

se calcula el porcentaje.

MF = [% Ret. (1 ½” + ¾” + 3/8” + Nº4)] / 100

MF = [% Ret. (3/8” + Nº4 + Nº8 + Nº16 + N°30 + N°50 + Nº100 + Nº200)] / 100

Se considera que el MF de una arena adecuada para producir hormigón debe estar

entre 2,3 y 3,1.

Tamaño máximo

Se define como la abertura del menor tamiz por el cual pasa el 100% de la muestra.

Como su nombre lo indica, es el tamaño de las partículas más grandes que hay dentro

de la masa de agregados y que en algunos casos puede ser único.

TABLA 2.4.2 – 4: TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO GRUESO

Tamaño

máximo Uso general

51 mm (2") Estructuras de concreto en masa: muros, losas y pilares de más

de 1,0 m de espesor.

38 mm (1 ½") Muros, losas, vigas, pilares, etc., de 0,30 m a 1,00 m de espesor.

19 mm (3/4”) Muros delgados, losas, alcantarillas, etc., de menos de 0,30 m de

espesor.

Fuente: Norma ASTM C33

Tamaño máximo nominal

Es un parámetro que deriva del análisis granulométrico y está definido como el

siguiente tamiz que le sigue en abertura (mayor) a aquél cuyo porcentaje retenido

acumulado es del 15% o más.

En muchos casos el tamaño máximo y el tamaño máximo nominal pueden no

coincidir, lo cual resulta perfectamente lógico debido a que este último indica el

29

promedio de partículas más grandes en su fracción gruesa, mientras que el tamaño

máximo tan solo da una idea de las partículas más grandes que como se mencionó

puede ser tan solo una.

Forma y textura superficial de los agregados

La forma y textura es otra propiedad que influye en las características del hormigón,

las piedras naturales sometidas a trituración tienen forma que varían desde

aproximadamente cúbicas a las alargadas y aplanadas y de textura rugosa, mientras

que los agregados de río tienen forma redondeada y textura lisa debido al proceso de

arrastre a que han sido sometidas.

En cuanto a la forma, se puede decir que la ideal es la redondeada, desde el punto de

vista del acomodamiento, se ha demostrado que en un metro cúbico de agregados

redondeados sueltos pueden haber hasta un 25% más de material que en igual volumen

de material de forma cúbica.

Por otro lado hay que tener cuidado con las partículas conocidas como “lajudas”,

dichas partículas que generalmente son débiles porque poseen una estructura laminar,

tienden a colocarse en forma horizontal dentro de la masa de hormigón y muchas

veces impide la salida del agua evaporable durante el proceso de fraguado, generando

bolas de aire lo que origina una disminución de la resistencia. La norma define

partícula larga y partícula plana como:

Partícula larga: Aquélla cuya relación entre longitud (L) y ancho (b) es mayor que 1,5

𝑃. 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎 ∶ 𝐿

𝑏> 1,5

Partícula plana: Aquélla cuya relación entre espesor (e)y ancho (b) es menor que 0,5

𝑃. 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎 ∶ 𝑒

𝑏< 0,5

La norma específica que el porcentaje de partículas de forma indeseable (planas o

alargadas), no debe exceder del 50% de la masa de agregado, y el porcentaje de forma

lajuda no debe exceder a un máximo de 15%.

30

Densidad

Es una propiedad física de los agregados y está definida como la relación entre el peso

y el volumen de una masa determinada, lo que significa que depende directamente de

las características del grano del agregado.

Como generalmente las partículas de agregado tienen poros saturables como no

saturables, que dependiendo de su permeabilidad interna pueden estar vacíos,

parcialmente saturados o totalmente llenos de agua, se genera una serie de estados de

humedad a los que corresponde idéntico número de tipos de densidad, la que más

interesa en el diseño de mezclas es la densidad aparente que se define como la relación

que existe entre el peso del material y el volumen que ocupan las partículas de ese

material incluidos todos los poros (saturables y no saturables). El valor de la densidad

de la roca madre normalmente varía entre 2,48 y 2,8 g/cm3.

Porosidad

Es otra propiedad física de los agregados, muy importante dentro de la masa de

hormigón porque una partícula porosa es mucho menos dura que una partícula

compacta con lo que se afectan desfavorablemente propiedades como la adherencia,

resistencia a la compresión y flexión, y además la durabilidad en todos sus aspectos

(congelamiento y deshielo, humedecimiento y secado), así como la resistencia al

desgaste o abrasión.

Absorción y humedad de la superficie

Los agregados pueden tener algún grado de humedad, lo cual está directamente

relacionado con la porosidad de las partículas, que a su vez depende del tamaño de los

poros, su permeabilidad y la cantidad o volumen total de poros.

Las partículas de agregado pueden pasar por distintos estados de humedad como ser:

Totalmente seco

Se logra mediante un secado al horno a 110ºC hasta que los agregados tengan un peso

constante.

Parcialmente húmedo

31

Se logra mediante exposición al aire libre.

Saturado y superficialmente seco

Es un estado límite en el que los agregados tienen todos sus poros llenos de agua pero

superficialmente se encuentran secos.

Totalmente Húmedo

Todos los poros del agregado están llenos de agua y además existe agua libre

superficial.

TABLA 2.4.2 – 5: PORCENTAJES DE ABSORCIÓN EN LOS AGREGADOS

Grava empleada

Tipo de roca

Peso especifico

Sat. Y sup. Seca

Absorción

%

Arenisca 2,47 5,0

Pizarra 2,75 1,2

Granito 2,67 0,5

Caliza 2,74 0,2

Cuarzo 2,65 0,3

Fuente: Norma ASTM

FIGURA 2.4.2 – 1: CONTENIDOS DE HUMEDAD EN AGREGADOS

Pesos unitarios

Es una propiedad física importante porque indica el grado de acomodamiento de las

partículas y entre menor sea éste, menor será el volumen de vacíos entre partículas

que hace que la mezcla sea económica, porque habrá menor cantidad de huecos a ser

llenados con pasta de cemento. Mientras mayor sea el peso unitario habrá mayor

32

cantidad de granos, lo cual depende de la granulometría, forma, textura y tamaño de

los mismos.

El peso unitario es un factor que mida la aptitud del agregado para ser utilizado en la

producción de hormigón y se determina por medio del procedimiento dado en la

norma, su valor varía entre 1200 y 1750 kg/m3 para agregados naturales.

Existen dos tipos de pesos unitarios y dependen del grado de compactación del

agregado y son:

Peso unitario suelto

Se denomina PUS cuando para determinarlo se coloca el material seco suavemente en

el recipiente hasta el punto de derrame y a continuación se nivela.

El concepto de PUS es importante cuando se trata de manejo, transporte y

almacenamiento de los agregados.

Peso unitario compactado

Se denomina PUC cuando los granos han sido sometidos a compactación

incrementando así el grado de acomodamiento de las partículas de agregado y por

tanto el valor de la masa unitaria.

El PUC es importante desde el punto de vista de diseño de mezclas ya que con él se

determina el volumen absoluto de los agregados, por cuanto éstos van a ser sometidos

a una compactación durante el proceso de colocación del hormigón.

Resistencia a la compresión

Normalmente las partículas de agregado tienen una resistencia superior a la pasta

endurecida, de tal manera que cuando el agregado falla antes que la pasta, la

resistencia del agregado toma importancia.

Las posibles fallas de los granos se deben a que tienen estructura pobre o porque

previamente se le han inducido fallas a sus partículas durante el proceso de

explotación (cuando se explota con voladura) o también por un inadecuado proceso

de trituración.

33

Resistencia a la abrasión

La resistencia a la abrasión, desgaste o dureza de un agregado, es una propiedad que

depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra

importancia cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es

el caso de pisos y pavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben ser

duros, este proceso se realiza por medio de la máquina de Los Ángeles.

2.5 Agua para mezclas de hormigón

El agua es el elemento por medio del cual, el cemento desarrolla sus propiedades

aglutinantes, ya que en presencia de ella experimenta reacciones químicas dándole las

características de fraguar y endurecer.

El agua se usa en la elaboración de hormigón para propósitos diferentes: Como agua

de mezclado, como de agua de curado y como agua de lavado de los agregados. El

agua de mezclado forma aproximadamente el 15% del volumen total del concreto, 5%

sirve para hidratar el cemento y el 10% restante lubrica el hormigón y luego se evapora

durante el proceso de fraguado. El agua de curado se utiliza después de que el

hormigón ha fraguado y tiene como función la de seguir hidratando el cemento. El

agua de lavado de los agregados no participa activamente en las mezclas pero es

importante en el procesamiento de los agregados.

En términos generales, el agua a utilizar tanto en el mezclado como en el curado del

concreto debe ser potable y cuando se trata de utilizar aguas cuyo comportamiento es

desconocido se hace imprescindible su ensayo y comparación con aguas de

reconocidas buenas características.

2.5.1 Agua de mezclado

Es aquélla que se le agrega al cemento para formar la pasta. Tiene como funciones

hidratar el cemento y proporcionar una fluidez a la mezcla tal que, con una lubricación

adecuada de los agregados, se obtenga la manejabilidad del concreto deseada cuando

este se encuentre en estado fresco.

34

La fluidez de la pasta depende de la cantidad de agua de mezclado, si se aumenta esta

cantidad sin modificar el contenido de cemento, la parte de agua de hidratación del

cemento permanece constante, incrementándose así la parte de agua evaporable; cierta

porción de esta queda atrapada en el interior del hormigón y al producirse la

evaporación se forma una serie de conductos capilares que se llenan de aire,

generando un concreto endurecido poroso, menos resistente y más permeable.

Características

Cualquier agua natural que sea apta para el consumo humano y no tenga sabor u olor

fuerte puede ser usada para la elaboración de hormigón, sin que esto implique que el

agua adecuada para la elaboración de la pasta sea potable (como un agua con

contenido de azúcares).

Las impurezas que puede haber disueltas en el agua o presentes en forma de

suspensiones, tales como azúcar, ácidos, sales, materia vegetal, aceites, sulfatos, etc.

pueden interferir con la hidratación del cemento retrasando así el tiempo de fraguado

y reduciendo la resistencia del concreto.

2.5.2 Agua de curado

El proceso de hidratación la partícula de cemento no se hidrata totalmente sino que, a

medida que entre en contacto con el agua, se va formando una película superficial

quedando en el interior una porción sin reaccionar y por tanto inerte. Para que este

núcleo reaccione es necesario lograr un abastecimiento adicional de agua durante las

etapas tempranas de endurecimiento después del proceso de fraguado y lograr así que

el cemento desarrolle todo su potencial aglutinante. A dicho suministro de agua se

denomina proceso de curado del concreto, a la que se utiliza para tal fin, agua de

curado.

35

Características

Los requerimientos para el agua de curado son menos exigentes que aquéllos

usualmente utilizados para el agua de mezclado, principalmente porque el agua de

curado está en contacto con el concreto por un periodo de tiempo relativamente corto.

2.5.3 Calidad del agua

Se presenta un resumen de valores máximos recomendados de concentraciones de

impurezas en el agua de mezclado y los ensayos requeridos para la misma.

TABLA 2.5.3-1: ENSAYOS REQUERIDOS PARA EL AGUA DE MEZCLADO

Fuente: Tecnología del Hormigón (Vitervo O'Reilly)

TABLA 2.5.3-2: VALORES DE IMPUREZAS EN EL AGUA DE MEZCLADO

VALORES MÁXIMOS RECOMENDADOS DE CONCENTRACIONES DE

IMPUREZAS EN EL AGUA DE MEZCLADO PARA HORMIGÓN

TIPO DE IMPUREZA Valor Máximo

Recomendado

Carbonatos y bicarbonatos de sodio y potasio 1000 ppm

Cloruros

- Estructuras con bajo potencial de corrosión y condiciones

secas 20000 ppm

- Concreto pretensado 500 ppm

TIPOS DE IMPUREZANORMA

ASTM

Calcio y magnesio D 511

Cloruros D 512

Sulfatos D 516

PH D 1293

Acidez y alcalinidad D 1067

Partículas y materia disuelta disuelta en el agua D 1888

Definición de términos relativos al agua D 1129

ENSAYOS NORMALMENTE ESPECIFICADOS PARA

ANÁLISIS DEL AGUA DE MEZCLADO PARA HORMIGÓN

36

- Estructuras con elementos galvanizados y de aluminio 1000 ppm

Sulfato de Sodio 10000 ppm

Carbonato de calcio y magnesio 400 ppm

Cloruro de magnesio 40000 ppm

Cloruro de calcio 30000 ppm

Sales de hierro 40000 ppm

Sulfato de magnesio 25000 ppm

Sales de magnesio, estaño, zinc cobre y plomo 500 ppm

Sulfito de sodio 100 ppm

Agua de mar

- Para concreto no reforzado 35000 ppm

- Para concreto pretensado o reforzado No se recomienda

PH 6,0 a 8,0

Ácidos inorgánicos (ácido sulfúrico) 10000 ppm

Hidróxido de sodio (por peso de cemento) 0,50%

Hidróxido de potasio (por peso de cemento) 1,20%

Aguas sanitarias 20 ppm%

Azúcar 500 ppm

Partículas en suspensión 2000 ppm

Aceite mineral (por peso de cemento) 2%

Agua con algas No se recomienda

Fuente: Tecnología del Hormigón (Vitervo O'Reilly)

2.6 Aditivos

Son aquellos materiales distintos al agua, los agregados o el cemento que se utilizan

como ingredientes en concretos y morteros, se añaden a la mezcla antes o durante su

mezclado.

Características que se pueden mejorar con ayuda de aditivos:

Estado fresco: manejabilidad, consistencia, plasticidad, velocidad de endurecimiento,

segregación, exudación.

37

Estado endurecido: resistencia a compresión, resistencia a flexión, resistencia a

tensión, durabilidad, permeabilidad, humedecimiento-secado, congelamiento y

deshielo.

2.7 Dosificación de hormigones

Un buen hormigón es aquel que resulta satisfactorio tanto en sus estados: Fresco y

endurecido.

Las condiciones relativas al estado fresco residen en que el grado de humedad de la

mezcla sea el adecuado para que el hormigón pueda ser transportado, se pueda

compactar por medios apropiados con el mínimo de energía posible, y además tenga

cohesión suficiente, según el método de colocación utilizado, para que no se produzca

segregación o exudación.

Un buen hormigón en estado endurecido debe tener una resistencia a la compresión

satisfactoria y una durabilidad adecuada. Por lo común la resistencia es el factor más

importante, pero esta característica va encaminada no sólo a soportar un esfuerzo a la

compresión prescrita, sino también garantizar otras propiedades en el concreto que

están directamente relacionadas con una alta resistencia. Por otro lado es necesario

que el hormigón sea durable, es decir, que resista sin sufrir deterioro con el tiempo,

las condiciones para las cuales se ha proyectado.

Clasificación del hormigón

a) Densidad

Hormigón de peso liviano: Aquél cuyo peso unitario es menor que 2000 kg/m3.

Hormigón de peso normal: Aquél cuyo peso unitario está entre 2000 kg/m3 y 2600

kg/m3.

Hormigón pesado: Aquél cuyo peso unitario es mayor que 2600 kg/m3.

b) Consistencia

Es una medida indirecta de la trabajabilidad de una mezcla de hormigón y se mide por

medio del ensayo de asentamiento.

38

TABLA 2.7-1: CLASIFICACIÓN DEL HORMIGÓN POR SU CONSISTENCIA

Fuente: Tecnología del Hormigón (Vitervo O'Reilly)

c) Resistencia

De acuerdo al Código Boliviano de Hormigón (CBH – 87), los hormigones se

tipifican, de acuerdo con su resistencia de proyecto a compresión, a los 28 días, en

probetas cilíndricas normales, según la siguiente serie:

H12,5; H15; H17,5; H20; H25; H30; H35; H40; H45; H50; H55

Donde las cifras correspondientes a las resistencias de proyecto, fck, en MPa.

El ingeniero Vitervo O'Reilly, hace una referencia a la clasificación de hormigones

por su resistencia a la compresión a los 28 días de la siguiente manera:

Hormigón normal: Aquél con una resistencia entre 140 kg/cm2 (2000 psi) y 350

kg/cm2 (5000 psi).

0 - 2,0 Muy seca Muy pequeñoVigas o pilotes de alta resistencia

con vibradores de encofrados.

2,0 - 3,5 Seca PequeñoPavimentos vibrados y construidos

con máquina extrusora.

3,5 - 5,0 Semi - seca Pequeño

Construcción en masa voluminosa,

losas medianamente reforzadas

con vibración, fundaciones en

concreto simple, pavimentos con

vibradores normales.

5,0 - 10,0 Media Medio

Losas medianamente reforzadas,

pavimentos, compactados a

mano, columnas vigas, fundaciones

y muros, con vibración.

10,0 - 15,0 Húmeda Alto

Secciones con mucho refuerzo,

trabajos donde la colocación sea

difícil, revestimiento de túneles, no

recomendable para compactarlo

demasiado.

Asentamiento

(cm)

Grado de

TrabajabilidadTipo de Estructura y Colocación

Consistencia

(Tipo de Concreto)

39

Hormigón de alta resistencia: Aquél con una resistencia entre 350 kg/cm2 (5000 psi) y

1000 kg/cm2 (14000 psi).

Hormigón de ultra alta resistencia: Aquél con una resistencia superior a 1000 kg/cm2

(14000 psi).

2.7.1 Hormigón fresco

Trabajabilidad o manejabilidad

Se define como el grado de facilidad o dificultad con que el concreto puede ser

mezclado, manejado, transportado, colocado y terminado sin que pierda su

homogeneidad. De ahí que se puede notar que la trabajabilidad puede ser considerada

como una combinación de varias propiedades:

La compactabilidad, se refiere a la facilidad con la que el aire atrapado en la

mezcla puede ser expulsado.

La movilidad, es la facilidad con la que el hormigón puede fluir alrededor del

acero de refuerzo, dentro de las formaletas, encofrado, etc.

La cohesividad, es la resistencia de una mezcla de hormigón a la segregación

y/o exudación.

La consistencia, se refiere al estado de fluidez, o sea, al grado de humedad de

la mezcla, es decir, que tan seca o fluida es una mezcla de hormigón.

La plasticidad, es la propiedad del hormigón que le permite ser fácilmente

moldeado, y que a la vez puede cambiar de forma lentamente si se saca del

molde en estado fresco.

Los factores que influyen en la trabajabilidad son:

a) Gradación de los agregados

b) Forma y textura superficial de los agregados

c) Contenido de aire

d) Contenido de aditivos

e) Fluidez de la pasta

40

f) Cantidades relativas de pasta y agregados

g) Relación arena – agregado total

h) Factores externos

Como no existe una forma directa de medir esta propiedad, se han desarrollado

ensayos que permiten hacer una correlación entre la manejabilidad con otra

característica, el ensayo más conveniente y utilizado es el de asentamiento, el cual

mide con bastante aproximación la consistencia o grado de humedad de una mezcla.

Segregación del concreto

Es la separación de sus constituyentes por falta de cohesividad, de manera que su

distribución deja de ser uniforme.

Las principales causas de segregación en el concreto son la diferencia en tamaño de

las partículas, la densidad de los constituyentes de la mezcla y una mala gradación de

los agregados. Asimismo, pueden influir otros factores como un mal mezclado, un

adecuado sistema de transporte, una colocación deficiente y un exceso de vibración en

la compactación.

Se puede presentar de dos formas. La primera ocurre cuando se usan mezclas pobres

y demasiado secas, de tal manera que las partículas gruesas tienden a separarse, bien

sea porque se desplazan a lo largo de una pendiente o porque se asientan más que las

partículas finas. El segundo tipo ocurre particularmente en mezclas húmedas, y se

manifiesta por la separación de una parte de la pasta de los agregados.

Exudación o sangrado del hormigón

Se considera como una forma de segregación, en la que una parte del agua de mezclado

tiende a elevarse a la superficie de una mezcla recién colada. Esto se debe a que los

constituyentes sólidos de la mezcla no pueden retener toda el agua cuando se asientan

durante el proceso de fraguado.

La exudación de la mezcla trae consecuencias nocivas. Por un lado la parte superior

de una porción de hormigón se vuelve demasiado húmeda, lo que conlleva a

estructuras porosas, débiles y poco durables. Por otra parte, si la evaporación de agua

41

en la superficie del concreto es más rápido que la velocidad de exudación, se producen

fisuras plásticas de contracción.

Otro problema que se genera con la elevación del agua es que se puede quedar atrapado

debajo de las partículas gruesas de agregado o del acero de refuerzo, lo que genera

zonas de baja adherencia y por lo tanto una eventual disminución en la resistencia,

Adicionalmente, el agua dejas tras de sí conductos capilares que incrementan la

permeabilidad de la masa de concreto.

Proceso de fraguado y endurecimiento

En general, el hormigón fresco debe permanecer lo suficientemente plástico durante

un tiempo, por lo menos media hora y preferiblemente una hora, para que pueda ser

manejado y consolidado convenientemente. Después de este tiempo, y dejada la

mezcla en reposo, comienza el proceso de endurecimiento normal hasta que se dice

que “ha fraguado”. Sin embargo, bajo condiciones normales y pasadas varias horas del

primer mezclado, el concreto que ha endurecido considerablemente puede ser

replastificado y consolidado por vibración o remezclado. Es conveniente definir el

punto en el cual el concreto fragua o pasa de estado plástico al estado endurecido.

2.7.2 Concreto endurecido

Resistencia

Es la propiedad más importante del hormigón, porque influye en forma directa en las

demás características de significado práctico. En general, los concretos más resistentes

son más densos, menos permeables, y más resistentes al interperismo y ciertos agentes

destructivos; pero por otro lado exhiben mayor contracción por fraguado y menor

extensibilidad, por lo tanto son más propensos al agrietamiento.

La resistencia del hormigón es una habilidad para resistir esfuerzos y de allí que se

puede considerar de cuatro maneras: compresión, tracción, flexión y corte, como el

hormigón presenta una alta resistencia a la compresión simple, se estudian las demás

propiedades a partir de ésta.

42

La resistencia a la compresión especificada a los 28 días, para un tipo individual de

hormigón, es la resistencia que se espera sea igualada o sobrepasada.

Los factores que inciden en la resistencia del hormigón son:

a) Tipo y cantidad de cemento

b) Relación agua / cemento

c) Características de los agregados

d) Agua

e) Influencia del fraguado del hormigón

f) Curado del hormigón

g) Influencia de la edad del hormigón

TABLA 2.7.2-1: INCREMENTO DE LA RESISTENCIA DEL

HORMIGÓN CON

RESPECTO AL TIEMPO

Fuente: Tecnología del Hormigón (Vitervo O'Reilly)

La resistencia a las edades de 7 y 28 días se pueden relacionar mediante la fórmula

que se muestra a continuación, teniendo en cuenta que es una relación aproximada ya

que a edades tempranas influyen notablemente las propiedades del cemento, la

relación agua/cemento, la temperatura, la humedad, los aditivos, etc.:

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠. 28 = 𝑎 + 𝑏 ∗ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡. 7 (𝑘𝑔/𝑐𝑚2)

Siendo a y b constantes que dependen de los factores anteriormente mencionados.

EDAD (DIAS)% RESISTENCIA CON RESPECTO A

LA DE 28 DIAS

1 12

3 40

7 70

14 90

28 100

56 110

90 120

180 125

INCREMENTO APROXIMADO PROMEDIO DE LA RESISTENCIA

A LA COMPRESION DEL HORMIGON CON EL TIEMPO

43

Medida de la resistencia

En términos generales, la gran mayoría de estructuras de concreto son diseñadas bajo

la suposición de que el concreto resiste únicamente esfuerzos de compresión; por

consiguiente, para propósitos de diseño estructural, la resistencia a la compresión es

el criterio de calidad, y de allí que los esfuerzos de trabajo estén prescritos por los

códigos en términos de porcentajes de la resistencia a la compresión.

La medida de la resistencia a la compresión se efectúa por medio de pruebas

estandarizadas, con una prensa que aplica carga sobre la superficie de una probeta

cilíndrica de hormigón a una velocidad especificada mientras ocurre la falla, la

operación ocurre entre 2 y 3 minutos y se registra la carga a la que la probeta falla. La

resistencia a la compresión también se puede medir con muestras cúbicas o

prismáticas.

2.7.3 Dosificación

El objetivo de la dosificación de hormigones es determinar las proporciones en que

deben combinarse los materiales componentes, de manera de obtener las condiciones

previstas para el hormigón.

Estas proporciones son particulares de cada obra o parte de obra, pero generalmente

corresponden a las que se señalan en el siguiente cuadro:

TABLA 2.7.3-1: CONDICIONES PARA DOSIFICACIÓN

Tipo De Condición Características

Relacionadas

Parámetros Condicionantes

Condiciones de diseño Resistencia Tipo de cemento

Razón agua/cemento

Condiciones de uso en

obra

Docilidad

Fluidez

Consistencia

Características elemento

Dosis de agua

Granulometría

Tamaño máximo

Condiciones de Condiciones ambientales Tipo de cemento

44

durabilidad Ataques agresivos Uso aditivos

Dosis mínima cemento

Fuente: Universidad Católica de Chile - Departamento de Ingeniería y Gestión de la

Construcción

http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/dosifT6.htm

Determinación de las condiciones de partida de la dosificación

Las dos primeras de estas condiciones deben ser definidas por el usuario de acuerdo

a las características de la obra, en base a las siguientes premisas:

a) Tipo de cemento: Queda definido básicamente por la existencia de un ambiente

que pueda generar acciones agresivas sobre el hormigón. Eventualmente puede ser

necesario considerar la elección de un cemento alta resistencia, si las condiciones de

obra requieran de resistencias iniciales más elevadas que las que puede otorgar un

cemento corriente.

b) Uso de aditivos: Para el uso eventual de aditivos deben considerarse los principios

establecidos para su uso.

2.8 Metodología y procedimientos para la investigación

2.8.1 Dosificación de la mezcla de hormigón método ACI 211

La dosificación de mezclas de hormigón, es la determinación de la combinación más

económica y práctica de los agregados disponibles, cemento y agua, que producirá una

mezcla con un endurecimiento adecuado. El procedimiento más práctico es determinar

la mezcla y hacer correcciones necesarias en obra.

La dosificación de la mezcla de prueba, puede complementarse efectivamente con

ensayos de laboratorio de los materiales relacionados con el hormigón.

El objetivo general de este proyecto es el de determinar la preparación óptima de estos

hormigones, para diferentes requerimientos y comparaciones.

A continuación se explica la metodología de dosificación para hormigones presentada

por el comité ACI – 211, asimismo, se debe tomar en cuenta que un diseño, en el

45

sentido estricto de la palabra, no es posible, debido a que los materiales son

esencialmente variables y muchas de sus propiedades no pueden ser estimadas con

exactitud en forma cuantitativa.

El método a emplearse en la dosificación es ACI 211.

Selección de la resistencia del hormigón fck y fcm

La resistencia característica es un dato de partida a la hora de diseñar la mezcla, viene

determinado por el proyectista de la obra, y si no se dice nada en contra, se entiende

que es la resistencia característica, que se define, como aquel valor de la resistencia

que tiene el 95% de probabilidades de ser superada.

El ACI – 318 indica que el hormigón debe diseñarse y producirse para asegurar una

resistencia a la compresión promedio (fcm) lo suficientemente alta para minimizar la

frecuencia de los resultados de pruebas de resistencia por debajo del valor de la

resistencia a la compresión especificada del hormigón o resistencia característica.

Si no hay registros de pruebas de resistencia en donde se usaron materiales y

condiciones similares a aquellas que serán empleadas, la resistencia de diseño de la

mezcla fcm en kg/cm2 se debe determinar de acuerdo:

TABLA 2.8.1-1: RESISTENCIA DE DISEÑO fcm

Fuente: Código ACI 211

Resistencia específica f ck

en (kg/cm2)

Resistencia de diseño de la

mezcla fcm en (kg/cm2)

Menos de 210 kg/cm2

f ck + 70 kg/cm2

De 210 a 350 kg/cm2

f ck + 85 kg/cm2

Más de 350 kg/cm2

f ck + 100 kg/cm2

Resistencia de Diseño Cuando no Hay Datos que

Permitan Determinar la Desviación Estándar (a)

46

Selección del asentamiento

Las primeras consideraciones que se deben tomar en cuenta para especificar una

consistencia determinada en el concreto fresco, son el tamaño de la sección que se va

construir y la cantidad y espaciamiento del acero de refuerzo.

El segundo aspecto que se debe considerar son las condiciones de colocación, ya que

hoy en día existen múltiples sistemas de vaciado que requieren de una mayor o menor

plasticidad de la mezcla, lo cual, como es sabido, depende en gran parte del contenido

de finos.

El tercer aspecto es el sistema de compactación debido a que la máxima resistencia se

logra cuando la masa unitaria del hormigón es máxima.

Los valores de asentamiento indicados en esta tabla se aplican cuando el concreto va

a ser consolidado por vibración. Si se emplean otros medios de compactación

diferentes a la vibración mecánica, los datos de esta tabla se deben aumentar en 2,5

cm (1”). Como regla general y por razones de economía el menor asentamiento que

permita una adecuada colocación es el que debe ser seleccionado.

TABLA 2.8.1-2: ASENTAMIENTOS RECOMENDADOS

Fuente: Código ACI 211

Asentamientos Recomendados para Diversos Tipos de Construcción y Sistemas de

Colocación y Compactación

Consis-

tencia

Asenta-

miento mm.

Ejemplo de

Tipo de

construcción

Sistema De

colocación Sistema de compactación

Muy

seca 0-20

Prefabricados

de alta

resístencia,

revestimiento

de pantallas de

cimentación

Con

vibradores de

formaleta;

hormigones de

proyección

neumática

(lanzado)

Secciones sujetas a vibración

extrema, puede requerirse

presión

Seca 20-35 Pavimentos

Pavimentador

as con

terminadora

vibratoria

Secciones sujetas a vibración

intensa

47

Selección del tamaño máximo del agregado

De acuerdo con el criterio del ACI – 211, los agregados bien graduados de tamaño

máximo tienen menos vacíos que los de tamaños menores. He aquí que los concretos

con agregado de mayor tamaño requieran menos mortero por unidad de volumen de

concreto.

Por lo tanto, el tamaño máximo del agregado deberá ser el mayor económicamente

disponible y compatible con las dimensiones de la estructura.

En relación con la geometría y el refuerzo de las estructuras, el tamaño máximo del

agregado se selecciona de acuerdo con la estrechez de los espacios por los que debe

desplazarse el hormigón durante su colocación, de modo que el agregado grueso no

sufra obstrucciones y pueda distribuirse uniformemente en todas direcciones. Para

ello, deben considerarse aspectos tales como lo angosto de las secciones y las

distancias mínimas entre varillas del refuerzo y entre éstas el recubrimiento.

A continuación se dan algunas consideraciones para adoptar el tamaño máximo del

agregado:

Semi -

seca 35-50

Pavimentos,

fundaciones en

homigón simple

Colocación

con máquinas

operadas

manualmente

Secciones simplemente

reforzadas, con vibración

Media 50-100

Elementos

compactados a

mano, losas

muros, vigas

Colocación

manual

Secciones medianamente

reforzadas, sin vibración

Húmed

a 100-150

Elementos

estructurales

esbeltos

Bombeo Secciones bastante reforzadas,

sin vibración

Muy

húmeda 150 o más

Elementos muy

esbeltos, pilotes

fundidos "in

situ"

Tubo-embudo

Tremie

Secciones altamente reforzadas,

sin vibración (Normalmente no

adecuados para vibrarse)

48

TABLA 2.8.1-3: TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO

Fuente: Código ACI 211

Estimación del agua de mezclado y el contenido de aire

Como se mencionó anteriormente el agua de mezclado cumple dos funciones

principales en una mezcla de hormigón, una es hidratar las partículas de cemento, y la

otra, producir la fluidez necesaria.

La cantidad de agua por volumen de concreto requerida para producir un revenimiento

dado depende del tamaño máximo, de la forma de la partícula y de la granulometría

de los agregados, así como de la cantidad de aire incluido. Estas estimaciones están

proporcionadas por tablas.

TABLA 2.8.1-4: CANTIDAD DE AGUA DE MEZCLADO PARA AGREGADOS

DE CANTO RODADO Y SIN INCLUSIÓN DE AIRE

Fuente: Código ACI 211

Muros reforzados,

vígas y columnas

Muros sin

refuerzo

Losas muy

reforzadas

Losas sin refuerzo o

poco reforzadas

6 - 15 1/2"(12) - 3/4"(19) 3/4"(l9) 3/4"(19 )- 1"(25) 3/4"(l9) - 1 3/4"(38)

19 - 29 3/4"(19) - 1 1/2"(38) 1 1/2"(38) 1 1/2"(38) 1 1/2"(38) - 3"(76)

30 - 74 1 1/2"(38) - 3"(76) 3"(76) 1 1/2"(38) - 3"(76) 3"(76)

75 o más 1 1/2"(38) - 3"(76) 6"(152) 1 1/2"(38) - 3"(76) 3"(76) - 6"(152)

Tamaños máximos nominales de agregados según el tipo de construcción

Dimensión

mínima de

la sección

(cm)

Tamaño máximo en pulg. (mm.)

9,51 12,70 19,00 25,40 38,10 50,80 64,00 76,10

3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 2 1/2" 3"

mm pulg.

0 0 213 185 171 154 144 136 129 123

25 1 218 192 177 161 150 142 134 128

50 2 222 197 183 167 155 146 138 132

75 3 226 202 187 172 160 150 141 136

100 4 229 205 191 176 164 154 144 139

125 5 231 208 194 179 168 156 146 141

150 6 233 212 195 182 172 159 150 146

175 7 237 216 200 187 176 165 156 148

200 8 244 222 206 195 182 171 162 154

Requerimiento Aproximado de Agua de Mezclado para Diferentes Asentamientos y Tamaños Máximos de Agregado,

con Partículas de Forma Redondeada y Textura Lisa, en Hormigón sin Aire Incluido

Asentamiento

Tamaño máximo del agregado, en mm (pulg.)

Agua de mezcIado, en Kg/m3 de hormigón

49

TABLA 2.8.1-5: CANTIDAD DE AGUA DE MEZCLADO PARA AGREGADOS

DE TRITURACIÓN Y SIN INCLUSIÓN DE AIRE

Fuente: Código ACI 211

TABLA 2.8.1-6: CANTIDAD DE AGUA DE MEZCLADO PARA AGREGADOS

DE CANTO RODADO Y CON INCLUSIÓN DE AIRE

Fuente: Código ACI 211

9,51 12,70 19,00 25,40 38,10 50,80 64,00 76,10

3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 2 1/2" 3"

mm pulg.

0 0 223 201 186 171 158 147 141 132

25 1 231 208 194 178 164 154 147 138

50 2 236 214 199 183 170 159 151 144

75 3 241 218 203 188 175 164 156 148

100 4 244 221 207 192 179 168 159 151

125 5 247 225 210 196 183 172 162 153

150 6 251 230 214 200 187 176 15 157

175 7 256 235 218 205 192 181 170 163

200 8 260 240 224 210 197 186 176 168

Asentamiento

Tamaño máximo del agregado, en mm (pulg.)

Agua de mezcIado, en Kg/m3 de hormigón

Requerimiento Aproximado de Agua de Mezclado para Diferentes Asentamientos y Tamaños Máximos de Agregado,

con Partículas de Forma Angular y Textura Rugosa, en Hormigón sin Aire Incluido

9,51 12,70 19,00 25,40 38,10 50,80 64,00 76,10

3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 2 1/2" 3"

mm pulg.

0 0 188 161 151 134 129 121 119 113

25 1 193 167 157 141 135 127 124 117

50 2 197 172 163 147 140 131 128 122

75 3 200 176 167 152 145 135 132 125

100 4 203 179 169 155 148 137 134 128

125 5 205 183 172 158 151 140 137 130

150 6 208 188 176 162 155 144 141 134

175 7 213 194 181 167 161 150 146 139

200 8 219 201 196 174 167 156 152 144

Asentamiento

Tamaño máximo del agregado, en mm (pulg.)

Agua de mezcIado, en Kg/m3 de hormigón

Requerimiento Aproximado de Agua de Mezclado para Diferentes Asentamientos y Tamaños Máximos de Agregado,

con Partículas de Forma Redondeada y Textura Lisa, en Hormigón con aire Incluido

50

TABLA 2.8.1-7: CANTIDAD DE AGUA DE MEZCLADO PARA AGREGADOS

DE TRITURACIÓN Y CON INCLUSIÓN DE AIRE

Fuente: Código ACI 211

Selección de la relación agua – cemento

Debido a que la resistencia del hormigón se rige principalmente por la resistencia e

interacción de sus fases constituyentes: pasta, agregado e interfaces de adherencia

pasta – agregados y cementos produzcan resistencias distintas con la misma relación

agua/cemento. Por esta razón, es importante conocer o desarrollar la correspondencia

entre la resistencia y la relación agua/cemento, para cada grupo de materiales en

particular y para diferentes edades (por ejemplo 3, 7, 14, 28, 56 y 90 días).

Estos se determinan no sólo por los requerimientos de resistencia sino por factores

como la durabilidad y las propiedades del acabado, ya que en diferentes agregados y

cementos generalmente producen resistencias distintas con la misma relación agua

cemento.

Es altamente recomendable conocer o desarrollar la correspondencia entre la

resistencia y la relación agua cemento para los materiales a usarse, en ausencia de tal

información se toman valores aproximados y relativamente conservadores para

concreto, conteniendo Cemento Portland Tipo I que se indica en tablas.

Por otra parte, la relación agua/cemento no sólo determina los requisitos de resistencia,

sino también factores pertinentes a la durabilidad y propiedades para el acabado del

9,51 12,70 19,00 25,40 38,10 50,80 64,00 76,10

3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 2 1/2" 3"

mm pulg.

0 0 198 176 166 152 143 132 130 122

25 1 206 183 174 158 149 138 136 128

50 2 211 189 179 164 155 144 142 134

75 3 216 193 183 169 159 149 146 138

100 4 219 196 186 172 163 152 150 141

125 5 222 200 190 176 167 156 153 144

150 6 226 205 194 180 171 161 157 148

175 7 230 210 199 185 177 166 162 153

200 8 235 215 204 190 182 177 169 158

Asentamiento

Tamaño máximo del agregado, en mm (pulg.)

Agua de mezcIado, en Kg/m3 de hormigón

Requerimiento Aproximado de Agua de Mezclado para Diferentes Asentamientos y Tamaños Máximos de Agregado,

con Partículas de Forma Angular y Textura Rugosa, en Hormigón con Aire Incluido

51

hormigón, debido a que éste debe ser capaz de soportar aquellas exposiciones que

puedan despojarlo de su capacidad de servicio, tales como: congelación y deshielo,

humedecimiento y secado, calentamiento y enfriamiento, agentes anticongelantes,

resistencia a la abrasión y sustancias químicas agresivas, entre otros.

TABLA 2.8.1-8: RELACIÓN AGUA/CEMENTO EN HORMIGONES SIN AIRE

INCLUIDO

Fuente: Código ACI 211

TABLA 2.8.1-9: RELACIÓN AGUA/CEMENTO EN HORMIGONES SIN AIRE

INCLUIDO

Fuente: Código ACI 211

Límite superior Línea media Límite inferior

140 - 0,72 0,65

175 - 0,65 0,58

210 0,7 0,58 0,53

245 0,64 0,53 0,49

280 0,59 0,48 0,45

315 0,54 0,44 0,42

350 0,49 0,40 0,38

Resistencia a la

compresión

Kg/cm2

Relación agua-cemento en peso

Correspondencia entre la Resistencia a la Compresión a los 28

Días de Edad y la Relación Agua-Cemento para los Cementos

Colombianos, Pórtland Tipo I, en Hormigones sin Aire Incluido

Límite superior Línea media Límite inferior

140 - 0,65 0,58

175 - 0,59 0,52

210 0,65 0,54 0,49

245 0,61 0,50 0,46

280 0,55 0,44 0,41

315 0,51 0,41 0,39

350 0,46 0,37 0,36

Resistencia a

la compresión

Kg/cm2

Relación agua-cemento en peso

Correspondencia Entre la Resistencia a la Compresión a los 28 Días

de Edad y la Relación Agua-Cemento para los Cementos

Colombianos, Pórtland Tipo I, en Hormigones con Aire Incluido

52

Cálculo del contenido de cemento

La cantidad de cemento por unidad de volumen de concreto se obtiene de las

determinaciones efectuadas en los pasos 2.9.1.4 y 2.9.1.5.

El cemento requerido es igual al contenido estimado de agua de mezclado (2.9.1.4),

dividido entre la relación “agua/cemento” (2.9.1.5). No obstante la especificación

incluye por separado un límite mínimo de cemento además de los requerimientos de

resistencia y durabilidad, la mezcla debe basarse en aquel criterio que conduzca a la

mayor cantidad de cemento.

C=A/(A/C

Donde:

C = Contenido de cemento en kg/m3.

A = Requerimiento de agua de mezclado en kg/m3.

A/C = Relación agua/cemento, por peso.

Estimación del contenido de agregado grueso

Los agregados similares en granulometría y en tamaño máximo producirán un

concreto de trabajabilidad satisfactoria cuando se emplee un volumen determinado de

agregado grueso y seco, compactado con varilla por volumen unitario de concreto.

TABLA 2.8.1-10: ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGREGADO GRUESO

mm. pulg. 2,40 2,60 2,80 3,00

9,5 3/8" 0,50 0,48 0,46 0,44

12,7 1/2" 0,59 0,57 0,55 0,53

19,0 3/4" 0,66 0,64 0,62 0,60

25,4 1" 0,71 0,69 0,67 0,65

38,1 1 1/2" 0,75 0,73 0,71 0,69

50,8 2" 0,78 0,76 0,74 0,72

76,1 3" 0,82 0,80 0,78 0,76

152,0 6" 0,87 0,85 0,83 0,81

Volumen de agregado grueso, seco y compactado con varilla (a), por

volumen de hormigón para diferentes módulos de finura de la arena (b)

Tamaño máximo Módulo de finura de la arena

y = -0,1x + 1,02R² = 1

0,71

0,72

0,73

0,74

0,75

0,76

0,77

0,78

0,79

2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20

Series1

Lineal (Series1)

53

Fuente: Código ACI 211

Estimación del contenido de agregado fino

Si el peso del volumen unitario de concreto se presupone o puede estimarse por

experiencia, el peso requerido de agregado fino es simplemente la diferencia entre el

peso del concreto fresco y el peso total de los otros ingredientes. Por lo general, sobre

la base de experiencias anteriores con materiales, se conoce el peso unitario del

concreto con una precisión razonable, si no se cuenta con esta información se puede

utilizar datos tabulados.

TABLA 2.8.1-11: VOLUMEN ABSOLUTO DE LOS INGREDIENTES DE

HORMIGÓN

Fuente: Código ACI 211

Componente Peso seco Peso Volumen

Cemento Pc Gc Vc

Agua Pa 1.0 Va

Contenido de

aire- - A

Agregado

gruesoPag Gag Vag

Agregado

finoPaf Gaf Vaf

TOTAL Pu 1.000

Peso Seco y Volumen Absoluto de los

Ingredientes por Metro Cúbico de Hormigón

mm. pulg. 2,40 2,60 2,80 3,00

9,5 3/8" 0,50 0,48 0,46 0,44

12,7 1/2" 0,59 0,57 0,55 0,53

19,0 3/4" 0,66 0,64 0,62 0,60

25,4 1" 0,71 0,69 0,67 0,65

38,1 1 1/2" 0,75 0,73 0,71 0,69

50,8 2" 0,78 0,76 0,74 0,72

76,1 3" 0,82 0,80 0,78 0,76

152,0 6" 0,87 0,85 0,83 0,81

Volumen de agregado grueso, seco y compactado con varilla (a), por

volumen de hormigón para diferentes módulos de finura de la arena (b)

Tamaño máximo Módulo de finura de la arena

y = -0,1x + 1,02R² = 1

0,71

0,72

0,73

0,74

0,75

0,76

0,77

0,78

0,79

2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20

Series1

Lineal (Series1)

54

Ajustes a las mezclas de prueba

En la obra es común que por las condiciones de los agregados es posible que la

cantidad de agua calculada sea demasiado o por lo contrario sea poco. En tales casos

debe realizarse una corrección en las proporciones calculadas.

2.8.2 Criterios y metodología para la dosificación del hormigón con Fibras de

Caucho

Como se sabe, para el hormigón con Fibras de Caucho no existe una metodología, una

normativa o una guía específica a seguir, para basándose en la misma se pueda

conseguir una correcta dosificación, es por eso que este análisis se vuelve comparativo

y parte de una mezcla del hormigón patrón.

Sólo se cuenta con algunos elementos datos y criterios a través de los cuales, y con

algunos criterios recogidos en los ensayos de laboratorio, se realizará una dosificación

de mezclas de prueba que permitan llegar a los valores óptimos que se plantean, en lo

que se refiere a características físicas y mecánicas, como así también en la calidad del

hormigón en lo que se refiere a su resistencia y permeabilidad.

Criterios considerados en los materiales

a) Cemento

A diferencia del hormigón convencional, el contenido total de pasta en el concreto

permeable es menor que el contenido de vacíos en los agregados.

El Cemento que se utilizará para la realización de los ensayos es el Cemento Portland

de El Puente tipo IP – 30, dicho producto cumple las especificaciones Técnicas de la

Norma Boliviana NB – 011, y es apto para la elaboración de hormigones.

Es un producto obtenido de la molienda conjunta de Clinker, yeso y puzolana.

Desprende menor calor de hidratación, lo que reduce la retracción térmica debido a la

inclusión de puzolana.

Tiene mayor trabajabilidad en morteros y revestimientos.

La presentación viene en bolsas de 50 Kg.

b) Agregado grueso

55

El agregado a utilizar será duro, lavado, redondeado y de forma cúbica, no debiendo

tener arcillas, arenas ni carbonillas.

Mientras se cumplan las especificaciones procedentes podrá utilizarse tanto agregados

ordinarios (pesados), como agregados livianos, lográndose una mayor disminución del

peso específico del hormigón que se elabora.

El Agregado Grueso a utilizar en los ensayos de laboratorio es grava procedente del

Banco del Río Guadalquivir zona San Blas y sus propiedades físicas y mecánicas

obtenidas en laboratorio se presentaran en el capítulo siguiente, sin embargo se puede

definir de la siguiente manera: Arenisca micácea con matriz arcillosa, contenido

mínimo de materia ferrosa y dureza 5 en la escala de Mohs y consolidación por

contacto.

c) Agregado fino

El tipo de agregado a utilizar será lavado, redondeado y forma cubica, no debiendo

contener limos o arcillas que perjudiquen la hidratación de la pasta de cemento.

El Agregado Fino a utilizar en los ensayos de laboratorio es arena procedente del

Banco del Río Guadalquivir zona San Blas y sus propiedades físicas y mecánicas

obtenidas en laboratorio se presentaran en el capítulo siguiente, sin embargo se puede

definir de la siguiente manera: Arena silícica de origen conglomerante, con fragmentos

de cuarcita, lutita y cristales de cuarzo.

d) Fibras de Caucho

Es un material obtenido del recauchutado de las gomas usadas e inservibles de los

autos, camiones, motocicletas, inclusive hasta de bicicletas, y de cualquier elemento

que posea caucho en su estructura para su funcionamiento.

Las fibras de caucho se fabrican a partir de la trituración de esta materia prima la cual

se la realiza en trituradoras de caucho que se pueden encontrar en ciudades grandes de

nuestro país como Cochabamba, La Paz y Santa Cruz.

e) Agua

La cantidad de agua en este tipo de hormigón es importante puesto que demasiada

agua en la mezcla puede causar que los poros colapsen, y el agregado se lave, mientras

que una cantidad inadecuada de agua impide un curado adecuado y ello puede llevar

56

a una falla prematura de la superficie por una apreciable disminución de las

adherencias. Por lo que el agua a utilizar será la mínima necesaria para recubrir cada

elemento de agregado con una fina película de lechada de cemento.

Para tal efecto se utilizará el agua potable de la Zona del Tejar, cuyas características

se describen a continuación:

TABLA 2.8.2-1: ANÁLISIS DEL AGUA POTABLE EN LA CIUDAD

Fuente: COSSALT Ltda.

Criterios considerados en la elaboración y colocado

La dosificación a utilizar corresponderá a la de un hormigón tipo A (210 kg/cm2) que

se considerará como hormigón patrón, y se adherirá a la mezcla las fibras de caucho

de manera porcentual para así realizar las comparaciones necesarias de diferentes

maneras siempre tomando en cuenta y partiendo de la dosificación del hormigón

patrón.

Una vez determinada la dosificación más conveniente para preparar la masa de

hormigón, hay que medir los materiales. El agua se mide en volumen; el cemento y

los agregados en peso; si bien estos últimos pueden dosificarse también en volumen

para obras de poca importancia.

En este caso la dosificación será realizada en peso; pero dado el caso que se utilizará

un agregado diferente para reemplazar a uno normal y además que de acuerdo a

Parámetro de

AnálisisResultados Unidades

Aspecto Limpia Cristalina

Olor Inodoro

PH 6,08

Sólido Total 33 mg/l

Calcio 1 mg/l

Cloruro 7,9 mg/l

Magnesio 2,8 mg/l

Impureza Total 3,8 mg/l

Alcalinidad Total 13,2 mg/l

Índice de Langelier -1,95 No Corrosiva

Análisis Físico Químico del Agua Potable en la

Ciudad de Tarija

57

ensayos de laboratorio a realizar se demostrará la diferencia de pesos específicos, es

por eso que dicho reemplazo se realizará en volumen a fin de no alterar las

proporciones de la dosificación del hormigón patrón. El hormigón debe amasarse en

hormigonera, siendo conveniente, por razones de homogeneidad, verter los materiales

en el orden siguiente:

- Una parte de la dosis de agua (aproximadamente la mitad)

- El cemento y la arena simultáneamente

- El agregado grueso (grava)

- Fibras de Caucho

- El resto del agua

La duración del amasado debe ser la necesaria para conseguir una mezcla íntima y

homogénea de los distintos componentes, debiendo resultar el agregado bien cubierto

por la pasta de cemento. Ello requiere en general un tiempo de amasado del orden del

minuto y medio; como mínimo.

Algunos tiempos de mezclado recomendados se muestran en la siguiente tabla:

TABLA 2.8.2-2: TIEMPOS DE MEZCLADO RECOMENDADOS

Fuente: Tecnología del Hormigón (Vitervo O'Reilly)

El transporte del hormigón desde la mezcladora hasta el lugar de colocación, puede

hacerse por múltiples procedimientos, entre los que pueden citarse las carretillas,

baldes, camiones, canaletas, cintas transportadoras, tuberías y otros.

Cualesquiera sean las formas de transporte, deben cumplirse las condiciones

siguientes:

CAPACIDAD DE LA

MEZCLADORA EN M3

TIEMPO DE MEZCLADO EN

MINUTOS

0,8 1

1,5 1 1/4

2,3 1 1/2

3,1 1 3/4

3,8 2

4,6 2 1/4

7,6 3 1/4

TIEMPOS MÍNIMOS DE MEZCLADO REMENDADOS

58

1. No debe transcurrir mucho tiempo entre el amasado y la puesta en obra del

hormigón. Generalmente dicho intervalo no será superior de una hora cuando se

empleen cementos portland comunes.

2. Durante el transporte no deben segregarse los áridos gruesos, lo que provocaría

en el hormigón pérdidas de homogeneidad y resistencia. La resistencia y choques

favorecen siempre a la segregación, por lo que a veces será necesario prever una

suspensión especial en los vehículos de transporte.

3. Debe evitarse en lo posible que el hormigón seque durante el transporte.

4. Como características de la masa del principio al final de cada descarga de la

amasadora, no es conveniente dividir una misma amasada en distintos recipientes

para su transporte.

5. Si al llegar al lugar de colocación, el hormigón acusa un principio de fraguado, la

masa debe desecharse y no ser puesto en obra.

El vertido y colocación del hormigón deben efectuarse de manera que no se produzca

la disgregación de la mezcla. El peligro de la disgregación es mayor, en general, cuanto

más grueso es el agregado y más discontinua su granulometría, siendo sus

consecuencias peores cuanto menor es la sección del elemento que se ho rmigona. Se

tienen las siguientes recomendaciones:

a) El vertido no debe efectuarse de gran altura (uno o dos metros como máximo en

caída libre), procurando que su dirección sea vertical y evitando desplazamientos

horizontales de la masa.

b) La colocación se efectuará por capas de espesor inferior al que permita una buena

compactación de la masa (en general, de 20 a 30 cm sin superar los 40 cm cuando

se trate de hormigón en masa, ni lo 60 cm en hormigón armado).

c) No se arrojará el hormigón con pala a gran distancia, ni se distribuirá con rastrillos

para no disgregarlo.

d) En las piezas muy armadas y, en general, cuando las condiciones de colocación

son difíciles, puede ser conveniente para evitar cangrejeras y falta de adherencia

con las armaduras, colocar primero una capa de hormigón pobre de 2 o 3 cm para

verter luego el hormigón normal.

59

Criterios considerados en el curado del hormigón

El desarrollo potencial de resistencias del hormigón y su durabilidad se producen

gracias a la reacción química del agua con el cemento; por lo tanto será necesario

proteger el hormigón durante el tiempo necesario para que adquiera las resistencias

requeridas en condiciones de humedad y temperatura en un proceso continuo que se

denomina curado.

Relacionando lo expuesto anteriormente, hay tres condiciones básicas:

Los hormigones deben estar suficientemente húmedos para garantizar la

hidratación del cemento, en lo posible que esté saturado (100 % de humedad)

o cerca de ello, ya que sólo así evitaremos pérdida de humedad de la superficie

del hormigón por evaporación.

Una temperatura adecuada que le permitirá una buena hidratación del cemento.

Cuando los diferenciales de temperatura del hormigón sean muy grandes,

seguro favorecerá la pérdida de humedad por evaporación.

Oportunidad en la iniciación del curado; se recomienda iniciar lo más pronto

posible; en el hormigón es factible hacerlo tan pronto éste reabsorbe el agua de

exudación.

Relación entre el curado y desarrollo de resistencias

Si sabemos que la reacción química del agua con el cemento desarrolla resistencia, en

los primeros 7 días de edad prácticamente desarrollará cerca del 80% de la resistencia

especificada para los 28 días; es decir, esto se cumplirá si se dio un curado adecuado.

Por eso, mientras más tardemos en iniciar el curado, menor potencial de resistencia

disponemos.

60

FIGURA 2.8.2-1 CURVA TIEMPO - RESISTENCIA

Como podemos apreciar, el curado continuo permite que el hormigón desarrolle el

máximo de su resistencia potencial; es decir no se debe permitir que el hormigón se

seque en ningún momento. Si permitimos que el hormigón se seque, se detiene por

completo la reacción química del agua con el cemento y deja de ganar resistencia.

Mojar el hormigón después de que se haya secado sólo permite rescatar una pequeña

parte de su resistencia potencial. De ninguna manera se va a conseguir recuperar la

resistencia que podría tener la mezcla con el curado continuo.

El curado se puede realizar de varias maneras:

Mojar la estructura permanentemente (esto no siempre es posible).

Cubrir las estructuras con telas de plástico bien apegadas a la superficie (hay que

asegurarse que no haya circulación de aire entre el plástico y el hormigón).

Cubrir con pinturas impermeables la superficie del hormigón (estas pinturas son

especiales y están a disposición en cualquier comercio de aditivos a precios

accesibles)

Mientras el hormigón está fresco, evitar contacto con sustancias agresivas (aguas

servidas, desechos industriales, aguas sulfurosas, etc.)

El objetivo fundamental es evitar que la mezcla se seque antes de que haya ganado

la resistencia requerida.

61

Dosificación de mezclas de hormigón con Fibras de Caucho

A fin de simplificar el trabajo de investigación en su parte experimental, se tendrá que

tomar en cuenta algunos criterios y consideraciones para volver constantes algunas

variables y poner en claro todas las condiciones que tienen que seguir los materiales y

mezclas preparadas, para poder realizar la comparación final en los resultados que se

obtengan. Para esto se realizarán mezclas de prueba partiendo de un factor común que

es la dosificación del hormigón patrón, que como se verá más adelante corresponde en

proporciones a una dosificación 1:2,1:3,2 para un hormigón A 210.

Como se mencionó, a efectos prácticos se mantendrán constantes las cantidades de

cemento y arena, variando de forma gradual el contenido de agregado grueso, y la

adición de fibras de caucho inicialmente en un 0.025%, luego un 0.050% y luego un

0.100%, lo cual es la recomendación de un hormigón fibroreforzado.

Dicho material será adherido al volumen del concreto, en peso, por lo que las

proporciones de los materiales a utilizar quedarán iguales a las cantidades iniciales

obtenidas en los cálculos de dosificación.

Otra variable que aparece en este caso será la cantidad de agua de amasado debido a

las características de los materiales en su calidad de % de humedad, por lo cual se

deberá realizar un control a fin de que la mezcla que se obtenga sea de similares

características a la convencional.

62

3. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

3.1 Generalidades

Este capítulo abarca todo cuanto se refiere a la parte práctica de ensayos efectuados en

laboratorio, como también a los procedimientos de dosificación de mezclas de

hormigón; los cuales se detallas a continuación:

Detalle de las planillas de caracterización correspondiente a los materiales

componentes de las mezclas de prueba.

Son planillas estandarizadas por el laboratorio de suelos y hormigones de la

UAJMS, en las cuales se muestra cada uno de los resultados requeridos para

poder abarcar el estudio y conseguir los objetivos propuestos.

Detalle del cálculo de la dosificación para realizar la mezcla de prueba del

hormigón patrón, y los diferentes porcentajes de fibras a utilizar para cada

mezcla.

Detalle de las planillas que contienen los resultados de roturas de los

hormigones, que se procesaron para obtener los datos y resultados de

compresión requeridos.

Detalle de las planillas que contienen los resultados del ensayo (ASTM 1579-

06) Retracción plástica del Hormigón Fibroreforzado.

Diagramas de los resultados de resistencia obtenidos.

Diagramas de las fisuraciones obtenidas en la prueba, haciendo un análisis

comparativo.

Diagramas comparativos de los resultados de las mezclas.

Análisis de costos de producción.

63

3.2 Ensayos a los componentes del hormigón para caracterización de los

componentes de la mezcla

3.2.1 Determinación de la finura del cemento

El objeto de este método es la determinación de la finura del cemento por medio del

tamiz de malla Nº 200.

Equipo utilizado

1 Tamiz Nº 200

1 Balanza de capacidad de 100 gr. y una sensibilidad al 0.5

1 Brocha

Procedimiento

- Pesar 50 gr de cemento para determinar finura

- Agitar la muestra utilizando el tamiz de malla Nº 200 con tapa y base imprimiendo

con ambas manos con movimientos verticales y horizontales con golpes de vez en

cuando.

- Se quita la tapa y se separa la malla Nº 200 vaciando la fracción de cemento que

podría ser retenida en ella, sobre un papel limpio a las partículas que han quedado

atrancadas entre los hilos de la malla no hay que forzarlos a pasar a través de ella

inviértase el Tamiz y con ayuda de un cepillo o brocha de alambre desprenda y

agregue depositadas en el papel.

- Se pesa cuidadosamente la fracción de la muestra obtenida en el paso anterior. Se

pone en un recipiente o cápsula se guarda esa fracción de muestra hasta el final de

la prueba, para poder repetir las pesadas en caso de error.

- Se hacen las pesadas de las fracciones retenidas de cada malla y el recipiente del

fondo procediendo en la forma indicada todos los pesos retenidos se anotan en la

hoja del registro para el cálculo.

- Se calcula utilizando la fórmula.

F =Pr

50∗ 100

64

Dónde:

F = Finura del cemento expresado como porcentaje en peso, del residuo que no pasa

el Tamiz. 200

Pr = Peso del residuo que no pasa el tamiz Nº 200 en gr.

Resultados

La planilla de cálculo correspondiente se presenta en anexo A-1 del presente trabajo.

TABLA 3.2.1-1: FINURA DEL CEMENTO

Ensayo N° Finura Cemento %

1 7,20

2 6,76

3 7,26

Promedio 7,07

FIGURA 3.2.1-1: MATERIALES Y EQUIPO EMPLEADO PARA LA

DETERMINACIÓN DE LA FINURA DEL CEMENTO

TAMIZADO DEL CEMENTO

65

3.2.2 Determinación del peso específico del cemento

Este ensayo tiene por objeto, presentar un método para determinar el peso específico

del cemento, el valor que aquí se determina se usa específicamente para el diseño y

control de la producción de mezcla de hormigón.

Equipo

- Un matraz normal

- Kerosenne

- Balanza sensible a 0,001gr.

- Pipeta

- Un termómetro

- Embudo

- Material de limpieza

- Muestra de Cemento

Calibración de los matraces

El peso del kerosenne de un matraz varia con la temperatura, esto se debe a que los

cambios de temperatura provocan extensiones o contracciones en el vidrio.

Por lo tanto, cuando se va a determinar el peso específico del cemento es necesario

conocer la capacidad del matraz que se va a usar a la temperatura a la cual se va hacer

el ensayo.

Procedimiento

- Se llena el matraz con el líquido especificado.

- Se coloca el matraz en un baño maría a temperatura constante manteniéndola a la

temperatura ambiente, se lee en el cuello del matraz.

- Se toma aproximadamente 64 gr. de la muestra de cemento y se van introduciendo

poco a poco en el matraz teniendo cuidado que estén a la misma temperatura que el

líquido, se debe evitar que el líquido salpique cuando se introduce el cemento.

66

- Después de que todo el cemento haya sido introducido en el matraz se tapa este y

se hace rodar en posición inclinado con el fin de eliminar el aire del cemento, esto

se continúa hasta que se eliminen las burbujas de aire.

- Se coloca de nuevo el matraz en el baño de temperatura constante, y se hace la

nueva lectura.

- Se lee en el matraz la graduación correspondiente al nuevo nivel del líquido

Cálculo

La diferencia entre las cantidades que representan el nivel final y el nivel inicial del

líquido nos da el volumen de líquido desplazado por el cemento usado en el ensayo,

luego:

P. E. =Peso del cemento en gramos

Volumen desplazado en ml

Resultados

La planilla de cálculo correspondiente se presenta en anexo A-1 del presente trabajo.

TABLA 3.2.1-2: PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO

Muestra N° Peso Específico Cemento (gr/cm3)

1 3,14

2 3,15

3 3,15

Promedio 3,15

3.2.3 Análisis granulométrico de los agregados

Este método de ensayo abarca el procedimiento para la determinación de los tamaños

de las partículas de agregado fino y grueso empleando tamices de aberturas cuadradas.

Materiales y equipo

- Balanza electrónica

- Juego de tamices

- Muestra de grava (Obtenida por cuarteo)

- Muestra de arena (Obtenida por cuarteo)

67

- Brochas para limpiar los tamices

- Recipientes o taras

Procedimiento experimental

Grava:

- Después de asegurarse que la muestra está completamente limpia es decir libre de

impurezas como ser tierra , arcilla , limo , etc. se siguen los siguientes pasos

- Se cuartea la muestra, de una cuarta parte de la misma se pesan 15 Kg.

- Una vez pesados los 15 Kg de la muestra se procede al tamizado con juego de

tamices en el cual tienen que estar comprendidos los siguientes tamices :

1", 3/4", 1/2", 3/8", Nº 4

- Después del tamizado se pesan los pesos retenidos llevándolos a porcentajes de tal

manera que se puedan graficar para verificar si están en los rangos comprendidos

para ser aceptados como apropiados para la preparación de hormigón.

- Lo que se tiene que tener en cuenta es que al pesar se debe realizar con el máximo

cuidado posible para que los resultados sean satisfactorios.

FIGURA 3.2.3-1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DEL AGREGADO GRUESO

(GRAVA)

68

Arena:

- Después de asegurarse que la muestra está completamente limpia es decir libre de

impurezas como ser tierra , arcilla , limo , etc. se siguen los siguientes pasos

- Se cuartea la muestra, de una cuarta parte de la misma se pesan 500 gr.

- Una vez pesados los 500 gr de la muestra se procede al tamizado con juego de

tamices en el cual tienen que estar comprendidos los siguientes tamices :

Nº 4, Nº 8, Nº 16, Nº 30, Nº 50, Nº 100, Nº 200

- Después del tamizado se pesan los pesos retenidos llevándolos a porcentajes de tal

manera que se puedan graficar para verificar si están en los rangos comprendidos

para ser aceptados como apropiados para la preparación de hormigón.

- Lo que se tiene que tener en cuenta es que al pesar se debe realizar con el máximo

cuidado posible para que los resultados sean satisfactorios.

FIGURA 3.2.3-2: ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DEL AGREGADO FINO

Cálculo

El peso del material retenido sobre cada tamiz será anotado y expresado como sigue:

- Por ciento retenido sobre cada tamiz.

- Por ciento total que pasa por cada tamiz.

Resultados

Las planillas de cálculo y las curvas granulométricas correspondientes se presentan en

anexo A-1 del presente trabajo.

69

Para el agregado Grueso: Para el agregado fino:

Tamaño máximo del agregado: 3/4” Módulo de Finura: 2.52

Contenido de humedad: 1.35% Contenido de humedad: 2.79%

Tanto como los ensayos y curvas cumplen con los parámetros de la normativa ASTM.

3.2.4 Determinación del peso específico y absorción del agregado grueso

El ensayo que a continuación se describe tiene por objeto la determinación del peso

específico aparente y del peso específico a granel, lo mismo que la cantidad de agua

expresada como porcentaje que absorbe el agregado grueso cuando se sumerge en agua

por un periodo de 24 horas.

Material y equipo utilizado

El equipo a utilizar es el siguiente:

- Una balanza con capacidad de 20 Kg y sensible.

- Cesto de alambre o cilindro metálico de 20 cm de diámetro y 20 cm de alto. El cesto

hecho con malla de 4,75 mm. de abertura.

- Un recipiente en el que se pueda sumergir la cesta de alambre y un aparato para

suspender la cesta cuando se sumerge, con el fin de obtener el peso de la muestra

sumergida.

Procedimiento

- Se lava el material a fin de remover el polvo o cualquier impureza que cubra la

superficie de las partículas, luego se sumerge la muestra con agua por un periodo

de 24 horas.

- Se obtiene después la muestra del agua y se secan las partículas con una toalla hasta

que la película de agua haya desaparecido de la superficie. Se deberá evitar la

evaporación durante esta operación.

- Después se obtiene el peso de la muestra con sus partículas saturadas.

- La muestra se vuelve a sumergir después de ser pesada y se determina si pesa la

muestra así sumergida.

70

- Se seca la muestra en un horno de temperatura constante (105º C) y luego se deja

enfriar y se pesa.

Muestra

La muestra consiste aproximadamente en 5 Kg material separado por su método de

cuarteo de manera que todo el material queda retenido sobre el tamiz de 3/8.

Cálculos

Peso Específico a granel =A

B − C

Siendo:

A = Peso de la muestra secada en horno en gr.

B = Peso de la muestra saturada pero con superficie seca en gr.

C = Peso de la muestra satura dentro del agua en gr.

Peso específico saturado sup. seca =B

B − C

Peso específico aparente =A

A − C

% de Absorción = B − A

A∗ 100

Resultados

Los valores que se muestran son datos promedio, las planillas de cálculo para cada

material se encuentran en al anexo A-1.

PESO

ESPECÍFICO

PESO

ESPECÍFICO

PESO

ESPECÍFICO %

A GRANEL

SATURADO

CON APARENTE

DE

ABSORCIÓN

(gr/cm3) SUP. SECA (gr/cm3)

(gr/cm3)

Grava 2.48 2.52 2.58 1.66

71

FIGURA 3.2.4-1: DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN

DEL AGREGADO GRUESO (GRAVA)

3.2.5 Determinación del peso específico y absorción del agregado fino

El ensayo que se describe a continuación tiene por objeto la determinación del peso

específico aparente y del peso específico a granel, lo mismo que la cantidad de agua

que absorbe el agregado fino cuando se sumerge en agua por un periodo de 24 horas,

expresado como porcentaje en peso.

Equipo necesario

El equipo a utilizar es el siguiente:

- Una balanza con capacidad de 1 Kg y sensible de 0,1 gr.

- Matraz de 500 ml

- Horno eléctrico

- Secador

- Un molde cónico de acero con varilla.

Muestra

Se selecciona una muestra de 1 kg que puede ser obtenida por cuarteo; luego se coloca

la muestra dentro de un recipiente lleno de agua y se deja allí por un periodo de 24

horas.

Procedimiento

72

- Se lava el material a fin de sacar la arcilla que puede estar en la arena o cualquier

impureza que cubra la superficie de las partículas.

- Luego se seca la muestra del recipiente y se seca de manera uniforme, con el fin

de inspeccionar que tan seca esta la muestra, se coloca primero el molde cónico, y

luego se retira éste. Si la muestra tiene alguna humedad en la superficie conservará

la forma cónica y si por el contrario la humedad de la superficie ha sido eliminada,

la arena rodará libremente cuando se levante el cono.

- Por lo general si la arena rueda libremente la primera vez que se coloca el cono,

esto es indicación de que la muestra ha sido secada más de lo necesario y que ha

perdido su condición de saturada; por consiguiente, se deberá rociar con agua y

dejarla reposar por 30 minutos antes de volver a colocar en el cono.

- Se coloca 500 gr. De la muestra en el matraz y luego se llama este con agua hasta

el tope con el fin de eliminar burbujas de aire presentes en el matraz, se rueda el

matraz sobre sí mismo y luego se coloca en un baño a temperatura constante de 20

º C, se deberán hacer las correcciones del caso siguiendo una curva de calibración.

Luego se obtiene el peso del matraz lleno.

- Se vacía el contenido del matraz en un recipiente y se pone secar en el horno de

temperatura constante (105º C) y se pesará.

Cálculos

Peso Específico a granel =A

V − W

Siendo:

A = Peso al aire de la muestra secada al horno en gr.

V = Volumen del frasco en ml

W = Peso en gramos o volumen en ml del agua agregado al frasco.

Peso Específico saturado sup. seca =500

V − W

Peso Específico Aparente = A

(V − W) − (500 − A)

73

% de Absorción =500 − A

A∗ 100

Cálculos

Los valores que se muestran son datos promedio, las planillas de cálculo para cada

material se encuentran en al anexo A-1.

FIGURA 3.2.5-1: DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN

DEL AGREGADO FINO

3.2.6 Determinación del peso unitario del agregado grueso

Este ensayo tiene como objeto describir cómo se puede obtener el peso unitario de los

agregados y de las mezclas de agregados a la temperatura ambiente.

Materiales y equipo

- Balanza electrónica.

74

- Una varilla de 60 cm de largo y 5/8 plg.

- Molde cilíndrico de 14 l.

- Recipientes.

Procedimiento

Se procede a realizar el cuarteo del material hasta obtener una muestra representativa

para realizar la práctica. Posteriormente se obtiene el peso del molde vacío para

después obtener el peso de material que puede introducirse en el molde.

Para obtener el peso unitario compactado:

- Llenado el cilindro hasta una tercera parte de su volumen.

- Compactado mediante la varilla de 60 cm introduciéndola con fuerza unas 25

veces, teniendo cuidado de no golpear el fondo del cilindro.

- Llenado de la segunda tercera parte del cilindro

- De igual manera realizar el compactado del material con la varilla

- Llenar el cilindro con el material restante y compactar.

- Una vez compactada realizar el posterior enrace del material

- Llenar los espacios vacíos con las gravas más pequeñas.

- Pesar el molde.

Cálculo

El peso neto del agregado dentro del molde se obtiene restando del peso del molde

más la muestra compactada, el peso del molde. El peso por unidad de volumen de la

muestra se obtiene multiplicando su peso neto por el inverso del volumen del molde.

Resultados

Los valores que se muestran son datos promedio, las planillas de cálculo para cada

material se encuentran en al anexo A-1.

Peso Unitario Suelto (gr/cm3) Peso Unitario Compactado (gr/cm3)

Grava 1661 1687

75

FIGURA 3.2.6-1: DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO DEL AGREGADO

GRUESO (GRAVA)

3.2.7 Determinación del peso unitario del agregado fino

Este ensayo tiene como objeto describir cómo se puede obtener el peso unitario de los

agregados y de las mezclas de agregados a la temperatura ambiente.

Materiales y equipo

- Balanza Electrónica

- Cuchara

- Muestra de Arena

- Varilla

- Bandejas

- Molde Cilíndrico de 3l.

- Brocha

Procedimiento experimental

Peso unitario compactado

76

- Se llena el molde con el agregado fino hasta una tercera parte de su capacidad, por

medio de la varilla se apisona uniformemente mediante 25 impactos, no se debe

golpear el fondo del molde.

- Se repite el procedimiento anterior hasta completar las tres capas y llenar el

recipiente, las partículas de la superficie se deben enrasar con una varilla, teniendo

como guía el borde del molde.

- El apisonamiento deberá realizarse con una caída de la varilla de una altura de diez

centímetros.

- Una vez hecho esto se pesa el molde solo y luego el molde con la muestra.

Cálculo

El peso neto del agregado dentro del molde se obtiene restando del peso del molde

más la muestra compactada, el peso del molde. El peso por unidad de volumen de la

muestra se obtiene multiplicando su peso neto por el inverso del volumen del molde.

Resultados

Los valores que se muestran son datos promedio, las planillas de cálculo para cada

material se encuentran en al anexo A-1.

Peso Unitario Suelto (gr/cm3) Peso Unitario Compactado (gr/cm3)

Arena 1388 1574

77

FIGURA 3.2.7-1: DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO DEL AGREGADO

FINO

78

3.2.8 Dosificación método ACI - 211

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA

"JUAN MISAEL SARACHO"

FACULTAD DE

CIENCIAS Y

TECNOLOGIA

PROGRAMA DE

INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO DE SUELOS Y

HORMIGÓN - ING. CIVIL

DOSIFICACIÓN DE HORMIGONES

MÉTODO ACI-211

Proyecto: Análisis de Reducción de Fisuras en el Hº

Aplicando Fibras de Caucho

Procedencia: Tarija, Cercado - San Blas

Laboratoristas: Univ.

Vergara T. Fernando

Solicitante: Univ. Vergara Torrez José Fernando Fecha: 11/05/2016

CARACTERISTÍCAS DE LOS AGREGADOS

ENSAYO Unidad Valor

1.- Módulo de finura de la

arena (MF) s/u 2.52

2.- Peso unitario

Compactado de la grava (

PUC ) kg/m3 1687

3.- Peso específico de la

arena ( γf ) gr/cm3 2.67

4.- Peso específico de la

grava ( γg ) gr/cm3 2.58

5.- Absorción de la arena (

Aa ) % 3.35

6.- Absorción de la Grava (

Ag ) % 1.66

79

7.- Humedad de la Arena (

Ha ) % 2.79

8.- Humedad de la Grava (

Hg ) % 1.35

9.- Tamaño máximo

Nominal ( TMN ) cm 1.90

10.- Tamaño Máximo ( TM ) cm 1.90

11.- Peso específico del

cemento gr/cm3 3.14

CARACTERISTICAS DEL DISEÑO

Resistencia de diseño ( fck´) 210 kg/cm2

Resistencia Caracteristica ( fck ) (Tabla 11.12) 295 kg/cm2

Asentamiento ( S ) (Tabla 11.4) 5 pulg

Relacion Agua / Cemento ( a/c ) (Tabla 11,13) 0.533 s/u

DATOS DE TABLAS

Vol. Agr. Grueso / Vol. unitario concreto ( b/bo)

(Tabla 11.15) 0.65 s/u

Requerimiento de Agua ( A ) (Tabla 11.6) 185 kg/m3

CALCULOS

Peso Agregado Grueso ( Pag ) = (b/bo)xPUC

1096.55 kg/m3

Peso cemento ( Pc ) = A / (a/c )

347.09 kg/m3

Volumen de Agregado Grueso ( Vag ) = Pag/γg

425.02 lt/m3

Volumen del cemento ( Vc ) = Pc/γc

110.54 lt/m3

80

Volumen de Arena ( Vaf ) = 1000 - Vc - A - Vag

279.44 lt/m3

Peso del agregado fino ( Paf ) = Vaf x γf

746.11 kg/m3

PESOS SECOS DE LOS INGREDIENTES POR (m3) DE

CONCRETO

Ingrediente

Peso

Seco

Volumen

Absoluto

Peso

especifico

kg/m3 lt/m3 gr/cm3

Cemento 347.09 110.54 3.14

Agua 185 185 1

Grava 1096.55 425.02 2.58

Arena 746.11 279.44 2.67

TOTAL 2374.75 1000.00

PESOS HUMEDOS DE LOS MATERIALES

Peso Húmedo de la arena ( Pha )

= Paf x ( 1 +

Ha )

766.93 kg/m3

Peso Húmedo de la Grava ( Phg ) = Pag x ( 1 + Hg )

1111.37 kg/m3

CORRECCION DEL AGUA

Agua corregida a la grava ( Acg ) = Pag x ( Ag - Hg )

3.37 lt/m3

Agua corregida a la Arena ( Acf )

= Paf x (Aa -

Ha )

81

4.15 lt/m3

Total Agua Corregida ( Atc ) = Acg + Acf

7.53 lt/m3

PESOS HUMEDOS DE LOS INGREDIENTES POR (m3) DE

HORMIGON

Ingrediente

Peso

Seco

Peso

Húmedo

kg/m3 kg/m3

Cemento 347.09 347.09

Agua 185.00 192.53

Grava 1096.55 1111.37

Arena 746.11 766.93

TOTAL 2374.75 2417.91

PROPORCIONES DE MEZCLA

Cemento Arena Grava

1.0 2.1 3.2

OBSERVACIONES

1.- Las humedades tanto de la grava como de la arena corresponden a las obtenidas

en laboratorio debiendo hacer las correcciones adecuadas en obra en el momento

del vaciado.

2.- La presente dosificación no tendrá efecto en caso de agregados contaminados o

sucios, con:

Arcillas o finos, materiales orgánicos, residuos de otros

materiales, etc.

Por lo que se recomienda lavar siempre los áridos antes de

utilizarlos.

82

3.2.9 Preparación del hormigón en el laboratorio para los ensayos de compresión

Abarca el procedimiento de preparación del hormigón, el mismo que se realizó en el

laboratorio de suelos y hormigones de la UAJMS y que está a cargo del Ing. Moisés

Díaz Ayarde, bajo un riguroso control de cantidades de materiales y condiciones de

ensayo.

Preparación de los materiales:

a) Por recomendación los materiales se mantuvieron a la temperatura del ambiente

(entre 18º y 24º C) antes de empezar los ensayos.

b) El cemento se almacenó en un lugar seco del laboratorio, a prueba de humedad.

El cemento se mezcló completamente a fin de que la muestra pueda ser uniforme

durante los ensayos.

c) Los agregados para cada preparación de hormigón estuvieron de acuerdo con la

granulometría deseada.

Pesada de los materiales

Todos los materiales fueron pesados en balanzas precisas y sensibles al gramo, acorde

con los requisitos exigidos en cuanto a sensibilidad recíproca y tolerancias.

FIGURA 3.2.9-1: MATERIALES YA PESADOS Y LISTOS PARA LA

ELABORACIÓN DE LAS MEZCLAS DE HORMIGÓN

83

Mezclado del hormigón

a) El hormigón fue mezclado en una hormigonera mediana, la misma que era

adecuada para la cantidad de hormigón que se debía preparar, dicha cantidad debe

ser suficiente, tal que, después de moldear las probetas de ensayo, existiría un

exceso o margen de seguridad por pérdidas de un 10%.

b) Para tener una idea más clara del proceso de mezclado, a continuación se indica

el orden y manera de introducir los materiales a la hormigonera activada para

obtener una mezcla homogénea y satisfactoria para la elaboración del hormigón.

1) Luego de haberse introducido la mitad de la cantidad de agua necesaria, se

introduce la porción total de arena y luego la de cemento, para que estas sean

mezcladas hasta un estado homogéneo.

2) Se añade el agregado grueso a la preparación y ésta se mezcla hasta que dicho

agregado grueso se distribuya uniformemente en toda la mezcla.

3) Se añade la otra mitad de la cantidad de agua medida y necesaria para luego

ver como la masa se mezcla hasta que el hormigón toma un aspecto homogéneo

y tenga la consistencia deseada para luego realizar los ensayos de asentamiento.

c) El método anteriormente indicado es un buen parámetro para lograr una mezcla

satisfactoria, a menos que un procedimiento diferente se adapte mejor a la

hormigonera que se está empleando.

FIGURA 3.2.9-2 MEZCLADO DE LAS MUESTRAS DE HORMIGÓN

84

Consistencia del hormigón

a) La consistencia de cada preparación de hormigón se mide inmediatamente

después de mezclar, realizando el ensayo de asentamiento, utilizando el método

del Cono Abrams, para lo cual se precisa el siguiente equipo:

- Molde de metal galvanizado en forma de tronco de cono, diámetro de la base

superior 4"; diámetro de la base inferior 8" y una altura de 12".

- Regla graduada o flexómetro para medir el asentamiento de la mezcla.

- Varilla para apisonar el hormigón de 5/8” y 60 cm de longitud.

Se toma una muestra representativa de la mezcla cuya consistencia se quiere

determinar y se coloca el molde sobre una superficie plana que no sea absorbente.

El molde se llena usando tres capas de mezcla. Cada capa se compacta con 25

golpes de la varilla distribuidos uniformemente.

Después de llenar el molde como se indica, se retira este con un movimiento

vertical.

Inmediatamente después se determina por medio de una regla el asentamiento de

la muestra con relación a su altura inicial, asimismo la consistencia es expresada

en términos de asentamiento.

b) Todo el hormigón empleado para el ensayo de asentamiento es devuelto al

recipiente de mezcla e inmediatamente se procede a vaciar la mezcla en los

moldes de realización de probetas.

FIGURA 3.2.9-3: ENSAYO DE ASENTAMIENTO A LAS MEZCLAS

REALIZADAS

85

Probetas para el ensayo de compresión

Las probetas para el ensayo de compresión son de forma cilíndrica con una longitud

igual a dos veces el diámetro. Las probetas cilíndricas estándar son de 15 cm de

diámetro y 30 cm de altura para hormigón con agregado grueso de tamaño nominal

inferior a 2" que son las que se utilizaron para los ensayos realizados.

Los moldes para las probetas de ensayo son de metal y están provistos de una placa

metálica lisa y plana. El interior del molde y la placa metálica de la base se cubren con

una capa delgada de aceite mineral o grasa antes de preparar cada cilindro de

hormigón, para evitar que el hormigón se adhiera al molde cuando comience su

endurecimiento.

FIGURA 3.2.9-4 PROBETAS REALIZADAS Y MOLDES UTILIZADOS EN LA

ELABORACIÓN DE MEZCLAS

Procedimiento de vaciado y realización

- Los cilindros de ensayo son preparados colocando el hormigón en el molde en 3

capas de un volumen aproximadamente igual.

86

- Al colocar cada cucharada de hormigón, la cuchara se hace girar alrededor del borde

superior, para que el hormigón se deslice por las paredes del molde y se distribuya

uniformemente.

- Cada capa se debe golpear 25 veces distribuyéndose uniformemente sobre la

sección con una barra de 5/8" de diámetro y 60 cm de largo con punta redondeada

que es la misma que se utiliza para el ensayo de asentamiento, después la superficie

debe ser alisada y en lo posible cubierta.

- Los cilindros de ensayo se remueven de 20 a 48 horas después de su preparación y

son sumergidos completamente para su curado en un cuarto húmedo o en una

piscina a modo de que esté saturado completamente en agua entre 18 y 24 º C.

FIGURA 3.2.9-5: VACIADO Y REALIZACIÓN DE PROBETAS

Curado De las probetas de prueba

El proceso de curado de las probetas de prueba se realizó en las piscinas del laboratorio

de suelos y hormigones de la UAJMS.

Es un proceso simple de sumergimiento que se realiza inmediatamente después de

remover las probetas de sus moldes.

Se debe tener mucho cuidado de no golpear las probetas en este proceso ya que las

mismas se encuentran muy frágiles y esto puede incidir en su futura resistencia.

La etapa de curado finaliza 10 a 20 horas antes de someterlas a su rotura.

3.2.10 Determinación de resistencia a compresión en probetas

87

Este método abarca el procedimiento para los ensayos de compresión de cilindros de

hormigón

Equipo

La máquina utilizada es una prensa automática de compresión que pertenece al

laboratorio de suelos y hormigones de la UAJMS, la misma que proporciona una

velocidad de carga adecuada y está equipada con dos placas de acero de apoyo.

Procedimiento

- Se coloca el cilindro en la máquina y se centra con relación a la placa superior. Se

pone la placa superior en contacto con el espécimen.

- Se aplica la carga a una frecuencia de aumento constante y uniforme de acuerdo a

la configuración de la máquina previa al ensayo.

- La carga incrementará hasta que el espécimen falle por rotura. Se deberá anotar esta

carga máxima aplicada, lo mismo que el tipo de fractura del cilindro.

Cálculo

La resistencia a la compresión se obtendrá dividiendo la carga máxima aplicada por el

área del cilindro, calculada con el diámetro obtenido antes de aplicar la carga. Las

planillas de cálculo para cada una de las mezclas se encuentran en el anexo A-2 del

presente estudio.

FIGURA 3.2.10-1: ENSAYOS DE ROTURA DE PROBETAS

88

3.2.11 Valores de resistencia obtenidos

FIGURA 3.2.11-1DIAGRAMAS DE BARRAS DE LOS VALORES DE

RESISTENCIA OBTENIDOS

Fuente: Elaboración propia

0

50

100

150

200

250

7 14 28

165.43191.4

233.77

Res

iste

nci

a a

la C

om

pre

sio

n (

kg/c

m2

)

Dias

Hormigón Convencional

0

50

100

150

200

250

7 14 28

165.34184.39

226.42

Res

iste

nci

a a

la C

om

pre

sio

n (

kg/c

m2

Dias

Hormigón con Fibras 0,025%

89

FIGURA 3.2.11-1 DIAGRAMAS DE BARRAS DE LOS VALORES DE

RESISTENCIA OBTENIDOS

Fuente: Elaboración propia

0

50

100

150

200

250

7 14 28

157.63 172.68

214.79

Res

iste

nci

a a

la C

om

pre

sio

n (

kg/c

m2

Dias

Hormigón con Fibras 0,050%

0

50

100

150

200

250

7 14 28

149.62 158.61

201.13

TRes

iste

nci

a a

la C

om

pre

sio

n (k

g/cm

2

Dias

Hormigón con Fibras 0,100%

90

3.3 Análisis de Reducción de Fisuras en el Hormigón Aplicando Fibras de Caucho

Mediante el Método ASTM 1579-06

Determinación de la cantidad de FIBRAS DE CAUCHO.

Como en nuestro perfil indicamos que haremos una dosificación en función a 1m3 de

hormigón, entonces obtendremos el volumen de cada porcentaje de fibra de caucho

establecido y calcularemos el peso necesario para aplicar a la mezcla.

total volumen para 0.025% 0.046398 m³ 115 gr.

total volumen para 0.050% 0.046398 m³ 232 gr.

total volumen para 0.10% 0.046398 m³ 464 gr.

TOTAL CAUCHO 811 gr.

NÚMERO DE LOSAS Y PROBETAS PARA LA REALIZACIÓN DE LOS

ENSAYOS

CARACTERÍSTICAS

Nº de paneles de

hormigón para los

ensayos de retracción

plástica

Nº de probetas para el

ensayo a compresión

H° con 0.025% fibras

de caucho 4 6

H° con 0.050% fibras

de caucho 4 6

H° con 0.100% fibras

de caucho 4 6

LOSAS SIN ADICIÓN

DE FIBRAS DE

CAUCHO 12 6

Fuente: elaboración propia

91

3.3.1 PROCEDIMIENTO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Previamente al desarrollo de la práctica y a la aplicación de la metodología para el

análisis de la investigación se hace la mezcla del hormigón con su respectiva

dosificación y rigiéndonos en las normas establecidas para la realización del trabajo.

En primer lugar tenemos que obtener la mezcla de hormigón, tanto del PATRÓN como

del hormigón con FIBRAS DE CAUCHO.

Inicialmente se llevan los materiales necesarios para obtener la mezcla de hormigón

necesaria y las fibras de caucho en peso necesarias para mezclarla con el hormigón. El

mezclado de los materiales se realizará en una mezcladora tambor de eje horizontal de

0.75m3 de volumen, para la cual la norma nos da un parámetro para el tiempo de

mezclado del hormigón.

TABLA 3.3.1-1 TIEMPO DE MEZCLADO DEL HORMIGÓN EN EL TAMBOR

Para todos los ensayos también se determinarán los asentamientos, los cuales se

obtendrán a partir del cono de Abrams.

92

TABLA 3.3.1-2 CONSISTENCIA DEL HORMIGÓN

3.3.2 Materiales y Compuestos para la Industria del Neumático

Origen, composición y características de los neumáticos

Un neumático es básicamente un elemento que permite a un vehículo desplazarse en

forma suave a través de superficies lisas. Consiste en una cubierta principalmente de

caucho que contiene aire el cual soporta al vehículo y su carga. Su invención se debe

al norteamericano Charles Goodyear quién descubrió, accidentalmente en 1880, el

proceso de vulcanización, con el que se da al caucho la resistencia y solidez necesaria

para fabricarlo.

En la actualidad, la mayoría de los neumáticos de vehículos de pasajeros como los de

camión son radiales, por lo que están compuestos de una banda de rodamiento

elástica, una cintura prácticamente inextensible y una estructura de arcos radialmente

orientada, sobre una membrana inflada y sobre unos aros también inextensibles que

sirven de enganche a otro elemento rígido, que es la llanta. También existe otro tipo

de neumáticos llamados diagonales, utilizados principalmente en camiones.

La complejidad de la forma y de las funciones que cada parte del neumático tiene que

cumplir se traduce también en una complejidad de los materiales que lo componen.

El principal componente del neumático es el caucho: casi la mitad de su peso.

La fabricación de neumáticos concentra un gran porcentaje de la industria del caucho

93

Constituyendo el 60 % de la producción anual del mismo.

Los elastómeros o cauchos son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden

variar según sea el tipo de esfuerzo al que son sometidos, volviendo a su forma cuando

el esfuerzo se retira.

El caucho natural se extrae a partir del árbol Hevea Brasiliensis que es un látex con

partículas de caucho en suspensión. Después de un proceso de secado y de ahumado

se utilizan diferentes productos. Hoy en día alcanza el 30 % del mercado de los

cauchos, el resto lo ocupan los cauchos sintéticos, todos basados en hidrocarburos.

Los tipos de caucho más empleados en la fabricación de los neumáticos son:

Cauchos naturales (NR) Polibutadienos (BR)

Estireno – Butadieno (SBR) Polisoprenos sintéticos (IR)

La matriz de caucho más utilizada es el copolímero estireno-butadieno (SBR), en el

que la proporción es de aproximadamente un 25 % en peso de estireno, o una mezcla

de caucho natural y SBR.

Todos los tipos de cauchos poseen diferentes propiedades, pero también con algo en

común:

Todos, una vez vulcanizados, pueden ser muy duraderos, por lo que necesitarían una

gran cantidad de tiempo para su degradación.

La combinación se realiza de modo que los cauchos naturales proporcionen elasticidad

y los sintéticos, estabilidad térmica. Esta combinación de efectos favorece la

durabilidad y la capacidad de adaptarse a las nuevas exigencias del tránsito. La

estructura de los cauchos naturales está formada por cis-1,4 polisopreno mezclado con

pequeñas cantidades de proteínas, lípidos y sales inorgánicas, entre otros. Se

encuentra así un polímero de cadena larga y enredada en forma de espiral, de peso

molecular medio, 5x105 g/mol, que a temperatura ambiente está en un estado de

agitación continua. Este comportamiento general es debido en parte al impedimento

estérico del grupo metilo y el átomo de hidrógeno, en el mismo lado del doble enlace

carbono-carbono. Esta cadena se complementa con otro isómero estructural llamado

gutapercha.

94

Vulcanización

La vulcanización es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en

presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. Durante la

vulcanización, los polímeros lineales paralelos cercanos constituyen puentes de

entrecruzamiento entre sí. El resultado final es que las moléculas elásticas de caucho

quedan unidas entre sí a una mayor o menor extensión. Esto forma un caucho más

estable, duro, con mayor durabilidad, más resistente al ataque químico y sin perder la

elasticidad natural. También transforma la superficie pegajosa del material en una

superficie suave que no se adhiere al metal o a los sustratos plásticos

La vulcanización es un proceso de cura irreversible y debe ser fuertemente contrastado

con los procesos termoplásticos que caracterizan el comportamiento de la vasta

mayoría de los polímeros modernos. Este proceso irreversible define a los cauchos

curados como materiales termorígidos (no se funden con el calor) y los saca de la

categoría de los termoplásticos (como el polietileno y el polipropileno).

Usualmente el entrecruzamiento químico es realizado con azufre, pero existen otras

tecnologías como los sistemas basados en peróxidos. Se suelen usar combinadamente

con agentes aceleradores y retardadores.

Vulcanizar el caucho es el tratamiento por medio del que se combina con azufre y

otros compuestos. Bajo la acción del calor apropiado junto con el azufre, y a veces de

la luz, el caucho sufre profundas modificaciones, las cuales son motivo de

especulación científica e industrial. Una lámina de caucho de 2 milímetros de espesor

sumergida en un baño de azufre fundido a 120cc. Se hincha ligeramente y la goma

entra en combinación con el azufre produciéndose la vulcanización. Elevando la

temperatura entre 1300° y 1400° C y manteniendo el tratamiento entre 30 y 40

minutos, el aspecto y las propiedades del caucho se modifican, la substancia toma un

color gris amarillento, su elasticidad aumenta considerablemente con la particularidad

de que el frío no la anula como sucede con el caucho crudo.

Este fenómeno conocido con el nombre de vulcanización, puede producirse a diversas

temperaturas comprendidas entre el punto de fusión del azufre y los 160°C. La

vulcanización se produce más rápidamente a esta última temperatura, pero la

95

experiencia ha demostrado que los mejores resultados son los obtenidos cuando se

vulcaniza a 120°C., lo que exige en cambio prolongar por más tiempo lo operación.

Sí se prolonga la operación de vulcanizado elevando la cantidad de calor entre 150° y

160° por algunas horas entonces se obtiene un nuevo producto, en el cual la elasticidad

ha desaparecido y el aspecto del caucho se ha modificado; se nos presenta ahora bajo

una apariencia pardo oscura, en cierto grado quebradizo.

El grado de vulcanización del caucho pende de varios factores, tales como el tiempo

que dura el tratamiento, la temperatura, la presión y la cantidad de azufre agregado.

Parece ser que el fenómeno de la vulcanización es el resultado de una verdadera

combinación química en la que el caucho admite varios grados de combinación con el

azufre hasta alcanzar la sobre saturación.

Diferencias y similitudes entre polímeros naturales y sintéticos

Polímeros naturales

Son aquellos provenientes directamente del reino vegetal o animal, como la seda, lana,

algodón, celulosa, almidón, proteínas, caucho natural (látex o hule), ácidos nucleicos,

como el ADN, entre otros. Existen polímeros naturales de gran significación comercial

como:

• El algodón, formado por fibras de celulosas.

• La celulosa que se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se

emplean para hacer telas y papel

• La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al

nylon.

• La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo de polímero natural.

• El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros

naturales importantes.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son

materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

Polímeros sintéticos

96

Son los transformados o “creados” por el hombre. Están aquí todos los plásticos, los

más conocidos en la vida cotidiana son el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo

(PVC) y el polietileno. La gran variedad de propiedades físicas y químicas de estos

compuestos permite aplicarlos en construcción, embalaje, industria automotriz,

aeronáutica, electrónica, agricultura o medicina.

Hoy en día, el caucho posee múltiples utilidades en diferentes tipos de industrias

(automotriz, calzado, adhesivos, etc.). Actualmente en la Argentina hay más de 300

empresas que elaboran productos relacionados con el caucho dando trabajo a más de

10.000 personas (obreros, técnicos y empleados).

El Caucho Estireno Butadieno más conocido como caucho SBR es un copolímero

(polímero formado por la polimerización de una mezcla de dos o más monómeros) del

Estireno y el 1,3-Butadieno. Este es el caucho sintético más utilizado a nivel mundial.

Diferencias entre el Caucho Sintético (SBR) y el Caucho Natural

A continuación se verá la comparación entre el caucho SBR y el caucho natural:

• SBR es inferior a la goma natural para su procesado, resistencia a la tracción y a la

rotura, adherencia y calentamiento interno.

• SBR es superior en permeabilidad, envejecimiento, y resistencia al calor y desgaste.

• La vulcanización de SBR requiere menos azufre, pero más acelerador.

• El efecto reforzador del negro de carbón es mucho más pronunciado sobre SBR que

sobre goma natural.

• Para uso en neumáticos, SBR es mejor para vehículos de pasajeros, en tanto que la

goma natural es preferible para vehículos utilitarios y autobuses.

• Las SBR extendidas con aceite se usan principalmente para fabricación de

neumáticos, correas cintas transportadoras, etc.) y suelas de zapatos; las mezclas

maestras de SBR se emplean en la producción en masa de cubiertas de neumáticos.

Cuadro comparativo

PROPIEDADES | CAUCHO NATURAL | SBR

Rango de Dureza | 20-90 | 40-90

Resistencia a la rotura | Buena | Regular

97

Resistencia abrasiva | Excelente | Buena

Resistencia a la compresión | Buena | Excelente

Permeabilidad a los gases | Regular | Regular

Caucho sintético

Puede llamarse caucho sintético a toda sustancia elaborada artificialmente que se

parezca al caucho natural. Se obtiene por reacciones químicas conocidas como

condensación o polimerización, a partir de determinados hidrocarburos insaturados.

Los compuestos básicos del caucho sintético llamados monómeros, tienen una masa

molecular relativamente baja y forman moléculas gigantes denominadas polímeros.

Después de su fabricación, el caucho sintético se vulcaniza.

FIGURA 3.3.2-1 Esquema del proceso de industrialización del caucho

Fuente: sitio web - características del caucho natural y sintético

98

CARACTERISTICAS DE LAS FIBRAS DE CAUCHO

TABLA 3.3.2-1 CARACTERÍSTICAS DE LAS FIBRAS DE CAUCHO

CARACRTERIZACION DE LAS FIBRAS DE CAUCHO

PROPIEDADES VALORES

Resistencia a la tracción (kg/cm2) 247.00

Resistencia al desgarramiento Buena a muy Buena

Resistencia a la abrasión Excelente

Deformación permanente por compresión Buena

Aislamiento eléctrico Buena a Excelente

Resistencia a los ácidos Diluidos Regular a Buena

Resistencia a los ácidos Concentrados Regular a Buena

resistencia a aceites y Gasolinas Mala

Resistencia a la Oxidación Buena

Resistencia al fuego Mala

Resistencia al calor Buena

Resistencia al Frio Excelente

Longitud (mm) 20-40

Diámetro (mm) 0.8-1

DOSIFICACION FIBRAS DE CAUCHO CANTIDAD (kg/m3)

0.025% 2.5

0.050% 5

0.100% 10

Fuente: Tesis doctoral “hormigón con fibras de caucho” Madrid 2007

3.3.3 Método Para el Análisis de las Patologías en el Hormigón (Retracción

Plástica)

Resumen del método de ensayo

Esta metodología intenta evaluar los efectos de la evaporación, asentamiento y

retracción autógena a edades tempranas, en el agrietamiento plástico de hormigones

reforzados con fibras, hasta y por algunas horas después del final del fraguado.

Este método de ensayo consiste en utilizar dos probetas, la primera con un hormigón

patrón (que puede o no incluir fibra en su dosificación) y una segunda de hormigón

con fibras incorporadas, para comparar el comportamiento de ambas probetas frente

99

al agrietamiento por retracción plástica. Estas probetas son preparadas de acuerdo a

una metodología preestablecida y son expuestas a condiciones controladas de secado

antes de su término. Las condiciones de secado intentan ser bastante severas para

inducir el agrietamiento debido a retracción plástica en la probeta hecha para el

hormigón patrón.

Un parámetro importante en este método es la velocidad de pérdida de agua por

evaporación, que es controlada por las condiciones atmosféricas circundantes a las

probetas de ensayo. Ya que las probetas de hormigón no siempre tendrán la misma

velocidad de evaporación de agua que el recipiente de agua usado para medir ésta

perdida en el ensayo (debido a los efectos de evaporación y exudación), la velocidad

de evaporación de 1.0 kg/m 2·h desde el recipiente de agua representa la velocidad

mínima de evaporación que debe ser conseguida para este ensayo. La pérdida de

humedad desde las probetas de hormigón pueden también ser monitoreadas e

informadas, sin embargo, la velocidad de evaporación desde la superficie libre del

agua en el recipiente es un parámetro que puede ser usado para cuantificar las

condiciones ambientales de secado.

El ensayo se termina en el momento del final de fraguado. Sin embargo, a 24 hrs. del

inicio del mezclado, es determinado el espesor promedio de la fisura.

Los resultados obtenidos pueden ser usados para comparar el desempeño de

hormigones con diferentes dosificaciones, hormigones con o sin adiciones de fibras y

hormigones con diferentes tipos y porcentajes de aditivos.

Este método intenta controlar las variables atmosféricas para cuantificar el

rendimiento relativo de una mezcla de hormigón fresco dada. Debido a que muchas

otras variables como la finura del cemento, graduación de los agregados,

procedimientos de mezclado, descenso de cono, contenido de aire, temperatura del

hormigón y terminación de la superficie también pueden influir en el agrietamiento

potencial, una especial atención debe prestarse para mantener estos parámetros tan

consistentes como sea posible entre mezclas.

100

Para el análisis de las Fisuraciones en el hormigón se determinarán de la siguiente

manera:

Material y equipo necesario para el desarrollo del método.

Primeramente se harán las réplicas de losas de hormigón que para nuestro estudio se

analizarán para el máximo tamaño de agregado grueso igual o menor de 19 mm,

utilizar un molde con una profundidad de 100 ± 5 mm dimensiones rectangulares de

355 ± 10 mm por 560 ± 15 mm, el molde se puede fabricar de metal, plástico, o madera

contrachapada.

FIGURA 3.3.3-1 DIMENSIONES DE LOS MOLDES PARA EL ANÁLISIS DE

FISURACIÓN

101

Elevador de tensión y restricciones internas- Las restricciones internas y elevador

de tensión se puede hacer de una pieza de chapa metálica, tal como se ilustra en la Fig.

1, o hacer de una pieza sólida de acero. La chapa debe tener un espesor de 1,2 ± 0,05

mm (Calibre 18) (Ver Fig. 1 y Ref 2). Dos restricciones de 32 ± 1 mm de alto se

colocan a 90 ± 2 mm hacia el interior desde cada extremo de la molde. El elevador de

tensión central de 64 ± 2 mm de altura y sirve como un punto de iniciación para la

formación de fisuras. Este elevador de tensión con las restricciones internas deberá

ajustarse en la parte inferior del molde.

Usar aceite desmoldante para cubrir la base y los lados del molde para reducir la

adherencia al hormigón. La inserción y el retirado del engrasado son considerados

correctamente cuando toda la superficie es recubierta de aceite y el exceso se ha

eliminado con un trapo limpio y seco.

FIGURA 3.3.3-2 MOLDES PARA LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO

102

Ventilador de velocidad variable.- El ventilador empleado deberá ser capaz de

alcanzar una velocidad de viento de más de 4,7 m/s en el área entera de superficie del

panel de prueba.

FIGURA 3.3.3-3 VENTILADOR DE VELOCIDAD VARIABLE

Cámara ambientada.- El uso de una caja como cámara ambiental es un método para

producir un flujo uniforme de aire sobre la superficie del panel (Ver Fig. 2). Una

cubierta transparente encima los paneles ayudarán en la obtención de flujo de aire

uniforme y permitirá la observación del agrietamiento. Otro método de producir un

flujo uniforme de aire es usar una cámara ambiental diseñada específicamente como

se muestra en la Fig. 3. Un calentador comercialmente disponible, humidificador, y

deshumidificador se puede utilizar para mantener la condición ambiental especificada.

Esta prueba se lleva a cabo utilizando el aparato mostrado en la Fig. 2 o la Fig. 3

mediante la exposición de los paneles para una velocidad de evaporación de al menos

1,0 kg/ m 2 • h (Ver Nota 1). Para la prueba estándar, la temperatura debe mantenerse

a 36 ± 3 °C, la humedad relativa debe ser 30 ± 10%, y la velocidad del viento debe ser

suficiente para mantener la tasa mínima de evaporación durante la prueba.

103

FIGURA 3.3.3-4 CAMARA AMBIENTADA

104

Sensores- Use sensores para medir la temperatura, humedad y velocidad del viento y

también para medir la temperatura del aire ambiente y una superficie de hormigón a

la más cercana 0,5 °C, humedad relativa al 1% más cercano, y la velocidad del aire

con una precisión de 0,1 m/s.

FIGURA 3.3.3-5 SENSORES VELOCIDAD VIENTO, TEMPERATURA Y HR

Fuente de Monitoreo.- Se requiere una fuente adecuada para exponer el agua a la

corriente de aire para cada panel de prueba de hormigón. La fuente debe ser de

tamaño suficiente para exponer al menos 0,1 ± 0,01 m2 de agua a la corriente de aire.

El labio expuesto de la fuente no se extenderá más de 5 mm por encima el nivel de

agua en el inicio de la prueba.

FIG. 3.3.3-6 FUENTE PARA DETERMINAR LA TASA DE EVAPORACION

105

Herramienta de Medición de Fisura.- Un microscopio óptico de mano, comparador

de fisuras, o sistema de análisis de imagen se pueden utilizar. La herramienta de

medición debe ser capaz de medir un ancho de la fisura de al menos 0,05 mm de la

más cercana. Si una imagen automatizada se utiliza para el sistema de análisis, se

deberá demostrar para proporcionar una medición precisa. Para demostrar la exactitud

de la medición, el sistema se utilizará para medir una muesca de 0,5 mm que está

mecanizado en una pieza de acero y el ancho reportado de la muesca debe estar dentro

de ± 0,05 mm de la anchura mecanizada.

FIGURA 3.3.3-7 MICROSCOPIO OPTICO

Para hacer el análisis de las patologías que se requieren reducir con el presente estudio

se seguirán los siguientes pasos:

o Determinar el asentamiento de cada mezcla de conformidad con Método de

prueba cono de abrams. Si el asentamiento es demasiado bajo para una mezcla

de hormigón que contiene fibras, utilice el tiempo de flujo a través de un cono

de asentamiento invertido para medir la trabajabilidad.

o En un recipiente que de superficie mínima de espejo de agua de 0.01 m2 llenar

con agua y colocarlo aguas debajo de la cámara ambientada para que a partir

de esta se pueda obtener la tasa de evaporación dentro de la cámara.

106

o Llenar los moldes del panel utilizando una capa. Consolidar el hormigón con

vibración externa hasta que el hormigón este nivelado aproximadamente con

la parte superior del molde. Enrasar cada muestra perpendicular al elevador de

tensión tres veces.

o Después de nivelar, las muestras usando una paleta predeterminado número de

pasadas. Si la pérdida de humedad es determinada desde el panel, eliminar

cualquier adherencia de hormigón residual en el exterior del molde y pesar

cada panel mientras esté en el molde.

o Coloque un panel de mezcla de hormigón reforzado con fibra y un panel de

mezcla de control en la cámara ambiental aguas abajo desde el ventilador

o Encienda el ventilador, que ha sido preestablecido para lograr la velocidad del

aire para obtener las condiciones de evaporación necesaria. La evaluación de

fisuras comienza en este momento.

o Al comienzo de la prueba y a intervalos de 30 min, registrar la temperatura del

aire, humedad relativa, y la velocidad de flujo de aire en una ubicación 100 ±

5 mm por encima de cada superficie del panel. Si es requerido por la

especificador de pruebas, grabar el momento en el que el primer agrietamiento

es observado para cada superficie del panel.

o La tasa de evaporación se determina por pesaje inicialmente de las fuentes de

completo monitoreo al inicio de la prueba y en intervalos de 30 min a partir de

entonces. Anote la pérdida de masa al 5 g más cercano en cada pesaje. Para

determinar la tasa de evaporación durante cada intervalo de tiempo, divide la

pérdida de masa entre sucesivos pesajes por la superficie del agua en el platillo

y el intervalo de tiempo entre pesadas sucesivas (Ver Nota). La prueba no es

válida si la tasa media de la evaporación es menor a 1,0 kg/m2•h.

NOTA - Los ajustes a la velocidad del viento debe hacerse si es necesario para

mantener la tasa de evaporación en el nivel requerido. Se sugiere que las fuentes de

monitoreo se coloquen a escalas continuas en la corriente de aire para el monitoreo

sin eliminación periódica durante la prueba. Si esto no es posible, la fuente de

107

vigilancia se debe quitar de la corriente de aire, se pesa, y devuelto a la corriente de

aire dentro de los 15 segundos.

o Después de que ocurra el fraguado final (utilizar la última medida de tiempo

para establecer en las dos muestras), registre las variables atmosférica, se

detienen los ventiladores, registran el tiempo y determinar el total de la pérdida

de agua de las fuentes de monitoreo. Si la pérdida de humedad del panel es por

determinar, pesar los paneles de prueba en sus moldes. Guarde los paneles en

el laboratorio a 23 ± 2 °C y bajo láminas de plástico para minimizar la

evaporación hasta la hora de la medición de ancho de fisura.

Procedimiento para el desarrollo de los ensayos de Retracción Plástica del

hormigón ASTM 1579-06

1.- Partimos preparando la mezcla de hormigón según nuestra dosificación

obtenida del cálculo según ACI 211.1, en donde se muestran las cantidades de los

materiales tanto para un Hormigon conveniconal, como para un Hormigon con

Fibras de Caucho.

TABLA 3.3.3-2: MATERIALES PARA LA CONFECCION DEL

HORMIGON

hora de inicio: 10:50 hora de termino: 17:00:00 AM

Tº del laboratorio (hora de inicio) : 22⁰ Tº del laboratorio (hora de termino) : 19⁰ H R Laboratorio (hora de inicio) : 43% HR Laboratorio (hora de termino) : 48%

DOSIFICACION HORMIGON CONVENCIONAL

Materiales 1m3 Arido

seco Absorcion Humedad

1m3 Arido Humedo

Dosificacion

Temperatura (⁰)

Agua (lts) 185.00 - - 192.53 4.29 17

Cemento (kg.) 347.09 - - 347.09 8.05

17

Grava (kg.) 1096.55 1.66 1.35 1111.37 25.05 17

Arena (kg.) 746.11 3.35 2.79 766.93 16.99 17 Agua total (lts.) 185.00 - - 192.53 4.29 17

108

ENSAYOS HORMIGON FRESCO DIMENSIONES DEL MOLDE

alto= 10.5 cm

largo= 57 cm

ENSAYO CONO DE ABRAHAMS ancho= 36.5 cm

cono= 5.20 cm volumen= 21845.25 cm3

volumen= 0.02185 m3

peso molde vacio=

9.895 Kg.

Densidad del Hº Convencional peso molde con hormigon=

62.320 Kg.

2400 kg/m3

Relacion Agua-Cemento

A/C= 0.53 0.046398 m3

2.- Continuamos con la medición de las variables que vamos a controlar, Humedad

Relativa, Temperatura, Velocidad del Viento y Tasa de Evaporación.

TABLA 3.3.3 -3: TEMPERATURA, HUMEDAD RELATIVA, VELOCIDAD DEL

VIENTO Y TASA DE EVAPORACION PROMEDIO.

Diametro del

recipiente= 0.20 m Area del

Recipiente= 0.031416 m2

Hora Δ min Δ hora

Peso del

Recip.

(Inicial)

Peso

del

Recip.

(Final)

Δ Peso

del

Recip.

Δ Peso

del Recip.

Acum.

Tasa de

Evaporacion

(hh:mm) (hh:mm) (hh:mm) (gr.) (gr.) (kg.) (kg.) (Kg/m2*h)

10:50 0 0 490.00 487.00 0.0300 0.0300 0.9549

11:20 0:30 0:30 487.00 484.00 0.0300 0.0600 0.9549

11:50 0:30 0:30 484.00 480.77 0.0323 0.0923 1.0285

15:00 3:10 3:10 480.77 477.45 0.0332 0.1255 1.0568

15:30 0:30 0:30 477.45 474.01 0.0344 0.1599 1.0950

16:00 0:30 0:30 474.01 470.75 0.0326 0.1925 1.0377

16:30 0:30 0:30 470.75 467.58 0.0317 0.2242 1.0090

17:00 0:30 0:30 467.58 464.56 0.0302 0.2544 0.9613

109

Hora Δ min Δ hora HR T

Velocidad

de Viento

(hh:mm) (hh:mm) (hh:mm) (%) (⁰C) (m/s)

10:50 0 0 45 32 5.20

11:20 0:30 0:30 40 33 5.20

11:50 0:30 0:30 38 32.5 5.20

15:00 3:10 3:10 37 34 5.20

15:30 0:30 0:30 41 33 5.20

16:00 0:30 0:30 42 33.5 5.20

16:30 0:30 0:30 42 34.5 5.20

17:00 0:30 0:30 43 32 5.20

3.- Finalmente medimos los anchos de fisura promedio de cada probeta del ensayo, al

momento de la aparición de fisura, al final del fraguado y a las 24hrs después del

vaciado de la mezcla.

TABLA 3.3.3 -4: MEDICIÓN PROMEDIO DE FISURAS EN LABORATORIO

Hora Δ min Δ hora

Tiempo de

Aparición de Fisura

Ancho de Fisura a la hora

de su aparición

Tiempo de

Termino de

Fraguado

Ancho de Fisura al Final del Fraguado

Ancho de

Fisura a las

24hrs.

(hh:mm) (hh:mm) (hh:mm) (hh:mm) (mm) (hh:mm) (mm) (mm)

10:50 0 0 - - - - -

11:20 0:30 0:30 - - - - -

11:50 0:30 0:30 - - - - -

15:00 3:10 3:10 11:55 0.23 - - -

15:30 0:30 0:30 - - - - -

16:00 0:30 0:30 - - - - -

16:30 0:30 0:30 - - - - -

17:00 0:30 0:30 - - 16:50 0.62 -

24 hrs despues del vaciado

24 hrs despues del vaciado

11:00 24:00:00 24:00:00 0.83

110

Para todos los paneles obtenemos el ancho de fisura promedio el cual se mide de la

media de cada panel tomando en cuenta que esta debe ser mayor a 0.5mm para el

caso del hormigón convencional.

A partir de este cuadro vamos a hacer el análisis de la reducción del ancho de fisura

el cual se va calcular de manera porcentual en al Capítulo IV de la presente

investigación.

TABLA 3.3.3-5: ANCHO DE FISURA PROMEDIO DE CADA PANEL

SERIE ENSAYO

Ancho de

fisura al

momento

de su

aparición

Promedio

de Fisura

al

Momento

de su

Aparición

Ancho de

fisura al

Termino

del

Fraguado

Promedio

de Fisura

al

Termino

del

Fraguado

Ancho

de

fisura a

las 24

hrs del

inicio

del

ensayo

Promedio

de Fisura

a las 24

hrs del

inicio del

fraguado

mm. mm. mm. mm. mm. mm.

1-0.025% 1 0.155 0.15

0.42 0.44

0.54 0.55

2-0.025% 2 1.145 0.45 0.555

1-0.050% 1 0.16 0.17

0.39 0.4

0.5 0.49

2-0.050% 2 0.169 0.415 0.481

1-0.100% 1 0.19 0.2

0.33 0.36

0.42 0.44

2-0.100% 2 0.21 0.385 0.468

1-HC 1 0.21 0.22

0.43 0.41

0.73 0.75

2-HC 2 0.23 0.4 0.77

3-HC 3 0.245 0.25

0.41 0.42

0.7 0.71

4-HC 4 0.25 0.42 0.72

5-HC 5 0.22 0.23

0.59 0.62

0.81 0.79

6-HC 6 0.237 0.64 0.78

111

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 Metodología para el análisis de resistencia en el hormigón

El análisis metodológico que se realizará en el presente trabajo tiene un carácter

principalmente de relación y comparación, entre el comportamiento del hormigón ante

la resistencia a compresión y las distintas variables o características de sus

componentes, que en este caso es la variación por la adición de fibras de caucho.

Se partirá de variables bien definidas que son:

- Resistencia a compresión del hormigón.

- Edad del hormigón

Partiendo de relacionar estas variables, se puede obtener gráficos y ábacos consistentes

en curvas ajustadas, que darán una idea real de como es el comportamiento del

hormigón, para así poder compararlo con los parámetros de estudio.

Se adoptará una metodología de relación y comparación por ser práctica y

demostrativa, para así lograr un mejor entendimiento de cómo se comporta el

hormigón ante el esfuerzo de compresión con una variación de hormigón con adición

de fibras de caucho en diferentes porcentajes según los planteados en el estudio.

4.2 Comparación de resultados

Análisis de la resistencia a compresión a las diferentes edades planteadas en el estudio

TABLA 4.2-1: RESISTENCIA A COMPRESIÓN VS. EDAD DEL

HORMIGÓN

RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LAS PROBETAS

% DE FIBRAS/TIEMPO

DE CURADO

HF-

0.025%

HF-

0.050%

HF-

0.100%

HC-

0%

A LOS 7 DIAS 165.34 157.63 149.62 165.43

A LOS 14 DIAS 184.34 172.87 158.43 191.4

A LOS 28 DIAS 226.45 214.92 201.09 233.76

112

FIGURA 4.2-1: PORCENTAJE DE VARIACION DE LA RESISTENCIA

Fuente: Elaboración propia

Fuente: Elaboración propia

A LOS 14 DIAS

A LOS 28 DIAS

A LOS 7 DIAS

HF-0.025% HF-0.050% HF-0.100% HC-0%

184.34172.87

158.43

191.4

226.45214.92

201.09 233.76

165.34 157.63 149.62165.43

Res

iste

nci

a kg

/cm

2

TIPO DE HORMIGON SEGUN EL % DE FIBRAS DE CAUCHO

RESISTENCIA A LA COMPRESION COMPARATIVA

A LOS 14 DIAS A LOS 28 DIAS A LOS 7 DIAS

201.09

214.92

226.45

233.76

y = 233.9e-153.6x

R² = 0.992

195

200

205

210

215

220

225

230

235

240

0.00% 0.02% 0.04% 0.06% 0.08% 0.10% 0.12%Re

sist

en

cia

a la

Co

mp

resi

on

)kg/

cm2

)

% de Fibras de Caucho

CURVA VARIACION DE RESISTENCIA A COMPRESION

CURVAVARIACION DERESISTENCIA ACOMPRESION

Exponencial(CURVAVARIACION DERESISTENCIA ACOMPRESION)

113

Primeramente se puede notar que a medida que se incrementa el % de fibras de caucho

al hormigón, este disminuye su resistencia de manera exponencial en los siguientes

porcentajes:

TABLA 4.2-2: ANALISIS DE REDUCCIÓN DE LA RESISTENCIA A

COMPRESIÓN

PORCENTAJE DE VARIACION DE LA

RESISTENCIA A COMPRESION

HF-

0.025%

HF-

0.050%

HF-

0.100%

HC-

0%

3.13% 8.06% 13.98% 0.00%

De tal manera se puede evidenciar que esta disminución de la resistencia

principalmente se debe a que la densidad de las fibras es menor que la de los materiales

componentes del hormigón.

Por otra parte también la adherencia de la fibras a los materiales componentes del

hormigón es menor entre más grande sea el área de la fibra.

Las fibras, al añadirse al hormigón, se dispersan en todo el volumen de éste. Esto

confiere a dicha matriz un armado en tres dimensiones en el que las fibras cosen las

fisuras del hormigón formando un “puente” entre los áridos gruesos, permitiendo una

formación controlada de las fisuras, y llevando al hormigón a un comportamiento

dúctil después de la fisuración inicial.

La efectividad de las fibras está relacionada con la capacidad de dispersión, frecuencia

de fibra y finura de éstas. Resulta obvio que en función de la dosificación, de las

longitudes de fibra y de las propiedades de las mismas se confiere al hormigón

propiedades distintas, de esta manera se acentúan más unas propiedades sobre otras en

función de los distintos usos y aplicaciones del hormigón reforzado con fibras. Uno de

los parámetros más importantes es la relación de aspecto, que es un número

114

adimensional resultado de la relación entre la longitud de la fibra y su diámetro. Es

importante porque a mayor longitud, mayor cantidad de posibles fisuras interceptará.

Y, al mismo tiempo, a menor diámetro, mayor cantidad de fibras por unidad de

volumen habrá para una dosificación dada.

Con la incorporación de fibras de caucho en el hormigón logramos evitar el fenómeno

de spalling, proporcionamos ductilidad al hormigón, cosa que permite absorber

energía del impacto, mejoramos también su resistencia residual y el aumento de las

características mecánicas del mismo lo que nos permite reducir la fisuración y

consecuentemente reducir la permeabilidad del hormigón y con ello la probabilidad

de corrosión. Además, las fibras de caucho son una buena solución, pues entre sus

múltiples cualidades cabe destacar que son químicamente inertes, a prueba de

corrosión, a diferencia de las fibras de acero.

FIGURA 4.2-3: COMPARACION DE FISURA PROMEDIO

0.550.49 0.44

0.75 0.710.79

AN

CH

O D

E FI

SUR

A (

MM

)

TIPO DE HORMIGON

COMPARACION DE FISURA PROMEDIO

ANCHO DE FISURA PROMEDIO (mm) ANCHO DE FISURA PROMEDIO (mm)

ANCHO DE FISURA PROMEDIO (mm)

115

TABLA 4.2-3: PORCENTAJE DE REDUCCION DE FISURAS

Identifi

cación

de

Mezcla

Volumen de

Fibra

Número

de

Paneles

Ancho de

Fisura

Desviación

Estándar

de Ancho

de Fisura

RELACION

DE

REDUCCION

DE FISURAS

Promedio

(mm)

Promedio

(mm) Promedio (%)

B 0,025% de fibra 2 0.55 0,04 26.67

C 0,050% de fibra 2 0.49 0,05 30.99

D 0,100% de fibra 2 0.44 0,05 44.30

A 0.00% de fibra 6 0.75 0,04 -

FIGURA 4.2-4: CURVA ANCHO DE FISURA VS. % DE FIBRAS DE CAUCHO

Fuente: Elaboración propia

Para el análisis de fisuracion, se puede evidenciar que se pudo reducir el ancho de

fisuras en función a un hormigón sin refuerzo de fibras, en porcentajes de hasta 44.30%

con una dosificación de 0.100% de fibras de caucho.

0.550.49

0.44

0.75

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.00% 0.02% 0.04% 0.06% 0.08% 0.10% 0.12%

AN

CH

O D

E FI

SUR

A (

mm

)

% de Fibras de Caucho

CURVA % REDUCCION DE FISURAS

116

Esto se debe principalmente a que las fibras van a hacer refuerzo a la matriz del

hormigón en el estado plástico que se dan en las primeras 6 horas en donde el hormigón

pierde humedad rápidamente en la superficie debido a los factores externos como la

temperatura y el viento, entonces las fibras van a reforzar y disminuyen las tensiones

que se generan en la mezcla.

La adición de fibras de caucho supone una mejora de la tenacidad, y por tanto su

aptitud para resistir fracturas. La energía absorbida, aumenta con la cuantía de fibras

presente en el hormigón, así al doblar la cuantía de fibras, se dobla también el

incremento de energía absorbida, sin que el tipo de fibra constituya, para las cuantías

escogidas, un parámetro diferenciador.

Respecto a las losas de control, podemos decir que la adición de fibras supone un

aumento del número de fisuras, disminución de la separación entre éstas y

consecuentemente un menor ancho de fisura, lo que incide directamente en el control

de la fisuración. Ello supone una importante mejora de la permeabilidad del hormigón,

que podemos relacionar con la durabilidad de los elementos, pues se aumenta la

resistencia a la rápida penetración de la carbonatación.

4.3 Análisis de costos de producción.

ANALISIS DE COSTOS DEL HORMIGON CONVENCIONAL VS.

HORMIGON CON FIBRAS DE CAUCHO

COSTO DE PRODUCCION

HORMIGON CONVENVIONAL

N° Ingrediente UNID. CANTIDAD P.U.

COSTO

(bs.)

1 Cemento Bolsa 1 55 55

2 Arena m3 1 120 120

3 Grava m3 1 120 120

TOTAL 295 Bs.

Fuente: Elaboración Propia.

117

COSTO DE PRODUCCION

HORMIGON CON FIBRAS DE CAUCHO

N° Ingrediente UNID. CANTIDAD P.U.

COSTO

(bs.)

1 Cemento Bolsa 1 55 55

2 Arena m3 1 120 120

3 Grava m3 1 120 120

4 Fibras de Caucho ton 1 6300 6300

TOTAL 6595 Bs.

Las fibras de caucho se encuentran en toneladas en los depósitos de trituración

ubicados en Santa Cruz, Cochabamba y La Paz, el cual en función a la cantidad

solicitada varía el precio y la puesta en el lugar del pedido. El precio por tonelada

oscila entre 4900 Bs. y 5600 Bs. y llegamos hasta 6300 Bs. Mas costos de transporte

para la puesta en obra.

COSTO POR UNIDAD

HORMIGON CONVENCIONAL

N° Ingrediente UNID. Precio Unitario (Bs.)

1 Cemento kg 1.1

2 Arena kg 0.12

3 Grava kg 0.12

COSTO POR UNIDAD

HORMIGON CON FIBRAS DE CAUCHO

N° Ingrediente UNID. Precio Unitario (Bs.)

1 Cemento kg 1.1

2 Arena kg 0.12

3 Grava kg 0.12

4 Fibras de

Caucho kg 6.3

Fuente: Elaboración Propia

118

Costo para 1m3 de hormigón convencional vs. Hormigón con fibras de caucho

COSTO DE PRODUCCION VOLUMEN (1m3) DE

HORMIGON

HORMIGON CONVENVIONAL

N° Ingrediente UNID. CANTIDAD P.U. COSTO (bs.)

1 Cemento kg 347.09 1.1 382

2 Arena kg 1096.55 0.12 132

3 Grava kg 746.11 0.12 90

TOTAL 604 Bs.

COSTO DE PRODUCCION

HORMIGON CON FIBRAS DE CAUCHO 0.025%

N° Ingrediente UNID. CANTIDAD P.U. COSTO (bs.)

1 Cemento kg 347.09 1.1 382

2 Arena kg 1096.55 0.12 132

3 Grava kg 746.11 0.12 90

4 Fibras de

Caucho Kg 2.5 6.3 16

TOTAL 620 Bs.

COSTO DE PRODUCCION

HORMIGON CON FIBRAS DE CAUCHO 0.025%

N° Ingrediente UNID. CANTIDAD P.U. COSTO (bs.)

1 Cemento kg 347.09 1.1 382

2 Arena kg 1096.55 0.12 132

3 Grava kg 746.11 0.12 90

4 Fibras de

Caucho kg 5 6.3 32

TOTAL 636 Bs.

Fuente: Elaboración Propia

119

COSTO DE PRODUCCION

HORMIGON CON FIBRAS DE CAUCHO 0.025%

N° Ingrediente UNID. CANTIDAD P.U. COSTO (bs.)

1 Cemento kg 347.09 1.1 382

2 Arena kg 1096.55 0.12 132

3 Grava kg 746.11 0.12 90

4 Fibras de

Caucho kg 10 6.3 63

TOTAL 667 Bs.

Fuente: Elaboración Propia

Todos los montos de cada porcentaje están en función a 1m3 de hormigón según los

pesos obtenidos de la dosificación según ACI 211.

DIFERENCIA FINAL ENTRE HC VS. H FIBROREFORZADO

COMPARACION DE COSTOS

N° CARACTERISTICA VARIACION

COSTO (Bs.) DIF. En %

1 HORMIGON CONVENCIONAL 604 0 0

2 HORMIGON CON 0.025% 620 16 2.65%

3 HORMIGON CON 0.050% 636 32 5.30%

4 HORMIGON CON 0.100% 667 63 10.43%

Fuente: Elaboración Propia

Se puede observar que la variación de costos no es significativa en función a la mejora

que puede dar la aplicación de las fibras de caucho como refuerzo para el hormigón.

En síntesis y haciendo una comparación con la adición de otro tipo de fibras el costo

es menor lo cual nos da una alternativa para el uso de este tipo de fibras en la mezcla

de hormigón.

A comparación del uso de aditivos se nos abarata los costos para la reducción de la

fisuracion por Retracción Plástica.

120

4.4 Características generales de los componentes del hormigón

Los componentes de las mezclas de hormigón (cemento, arena, grava, agua y fibras de

caucho) que intervinieron en las pruebas, son materiales convencionales que se

encuentran en nuestro medio, cuyas características y valores están dentro de las

especificaciones necesarias (manual de la A.S.T.M), por lo que se considera confiable

relacionar cualquier valor de alguna característica presentada en las planillas, con la

resistencia y el comportamiento del hormigón.

4.4.1 Evaluación de las resistencias a compresión y análisis de fisuraciones

Después de realizados los ensayos podemos observar que la dosificación realizada es

adecuada para las características de los materiales empleados, ya que la resistencia a

compresión del hormigón patrón es superior a la de resistencia de diseño esperada.

Asimismo se observa la aplicabilidad de dicha dosificación para el hormigón fibras de

caucho en diferentes proporciones, obteniendo una reducción gradual de la resistencia

a compresión, para el caso de la resistencia los valores mínimos superan a la mínima

resistencia a compresión requerida.

Como se nombró anteriormente, esta dosificación fue posible tomando criterios

estipulados, y de laboratorio, volviendo constantes algunas variables.

En los que se refiere a los resultados en el análisis de fisuraciones, se observa que en

función a la cantidad de fibra de caucho que se adiciona en el hormigón es mayor o

menor la reducción de la fisura, pero en lo que se refiere a la resistencia a compresión

es menor en cuanta mayor sea la cantidad de fibras de caucho aplicada.

4.4.2 Diferencia entre resultados obtenidos y esperados

Luego de analizar todo lo referente al hormigón con fibras de caucho se puede hacer

una evaluación de los resultados obtenidos en laboratorio con los que se pudieron

encontrar en bibliografía y que constituyeron los criterios para la dosificación.

En cuanto a la resistencia del hormigón partimos con los parámetros de bibliografía

donde se nos indica que ésta puede variar de acuerdo al tipo de hormigón que se quiera

lograr de acuerdo al Código Boliviano del Hormigón a partir de los 210 kg/cm2 que es

121

el rango que se estableció para este estudio, la resistencia a compresión a los 28 días

para el hormigón patrón es 233,76 kg/cm2 y para el hormigón con fibras de caucho

varía entre 226,76 y 201,09 kg/cm2, que, comparándola con el rango establecido se

encuentra dentro de valores esperados y planteados en la hipótesis de este estudio.

Si bien se pudo verificar que al aplicar las fibras de caucho se reducen los anchos de

fisura, también se pudo observar que la resistencia a compresión disminuye por lo cual

no es recomendable aplicar mayores dosis que las estudiadas en el presente trabajo de

investigación.

4.5 Análisis de la trabajabilidad en las mezclas de hormigón

Según la experiencia que se tuvo en el vaciado de probetas para el presente estudio,

con respecto a la trabajabilidad se puede decir que se tuvo una mezcla bien trabajable

para el hormigón patrón debido a que las propiedades de los agregados, la cantidad de

agua y cemento fueron las adecuadas, siendo de la misma manera trabajable las

mezclas con fibras de caucho ya que al ser fibras cortas y de un espesor mínimo no se

tuvo inconvenientes a la hora de adicionarlas a la mezclas teniendo una trabajabilidad

normal.

4.6 Aplicabilidad del trabajo de investigación

Aplicación pavimentos industriales, aeroportuarios, carreteras y aplicaciones

especiales.

Los pavimentos industriales, portuarios, aeroportuarios, carreteros y otros, son

técnicamente considerados como losas apoyadas sobre el suelo sometido a cargas

puntuales, distribuidas o lineales y son tradicionalmente reforzados para efectos de

retracción y temperatura y, adicionalmente, pueden ser reforzados para la flexión

cuando el nivel de la carga lo exija. Existen casos donde el diseño del pavimento no

involucra algún refuerzo, como para los pavimentos peatonales y las áreas de

estacionamiento.

122

El comportamiento mecánico de las losas apoyadas sobre suelo, a través de los

diferentes tipos de cargas a los cuales puedan estar sometidos, es compatible con el

nivel de esfuerzos resistentes que pueden ser ofrecidos por el hormigón fibroreforzado.

La tecnología del hormigón fibroreforzado ha tomado un auge técnico muy

importante. En la última década, los métodos de análisis y de comportamiento del

material han sido desarrollados para la correcta modelación de estas aplicaciones. Se

ha generado un incremento sustancial de esta tecnología y desarrollado investigaciones

y normativas para el diseño que demarcan la responsabilidad estructural de este nuevo

material.

En los siguientes párrafos del presente capitulo serán explicadas en detalles las

posibilidades técnicas que ofrece la tecnología del hormigón fibroreforzado en

comparación con las metodologías tradicionales.

FIGURA 4.6 -1: APLICACIÓN DE HORMIGONES SUPERFICIALES

En la actualidad, lo que se refiere al caucho de desechos de gomas usadas en nuestra

ciudad es netamente un material de desecho de todos las personas, que en general no

es comercializado y empleado para otros usos ecológicos, más al contrario algunas

personas al ver el material de caucho viejo e inservible lo proceden a quemar y botarlos

123

a los basureros, lo cual provoca una seria contaminación del medio ambiente en el que

vivimos.

A partir de este trabajo de investigación se puede proponer aplicaciones al tipo de

hormigón planteado, de acuerdo al objeto del estudio.

Basándose en el comportamiento de las mezclas se puede recomendar su empleo en

elementos superficiales fibroreforzados como los planteados anteriormente, en losas,

pavimentos rígidos, elementos estructurales especiales.

124

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

Con el estudio realizado se demuestra que el hormigón con refuerzo de fibras

de caucho reúne las propiedades físicas y mecánicas necesarias para poder ser

una alternativa del hormigón convencional.

De acuerdo a los ensayos de laboratorio realizados a los agregados (grava y

arena), se establece que son materiales de calidad, de acuerdo a las

especificaciones, parámetros y tolerancias que sigue la ASTM y el CBH 87,

validando el estudio y resultados obtenidos.

Debido a los controles realizados en la elaboración, se logró obtener mezclas

homogéneas, lo cual es muy importante en este tipo de hormigones, ya que de

no ser así la mezcla puede presentar segregación de materiales, ocasionando

una mala resistencia.

Las ventajas que presenta el hormigón con refuerzo de fibras de caucho, es que

se aplicaran las fibras para reducir las fisuraciones provocadas por la débil

resistencia a la tracción que tiene el hormigón a temprana edad, por lo que la

fibra actúa como un refuerzo en la matriz del hormigón proporcionando un

refuerzo a las reacciones que se generan en el hormigón por efectos de viento,

temperatura y perdida de humedad superficial, sólo podrán ser aprovechadas

siguiendo un proceso adecuado en su elaboración, aplicación y se cumplan las

especificaciones de construcción.

Habiendo realizado la comparación del hormigón con fibras de caucho con un

hormigón convencional, se observa que la resistencia a compresión disminuye

en cuanto mayor sea el porcentaje de fibras de caucho aplicado al mismo, ya

que se obtuvieron variaciones de 3.13% ,8.06% y 13.98% aplicando

0.025%, 0.050% y 0.100% de fibras respectivamente.

En lo que se refiere a la resistencia al fuego de la mezcla con fibras de caucho,

se puede observar que en función a sus propiedades físicas y mecánicas, las

fibras de caucho tienen una baja resistencia a altas temperaturas, ya que a partir

125

de los 100° las fibras se ablandan y sufren alteraciones permanentes, es decir

que se generan porosidad en el hormigón y esto puede llegar a afectar por que

deja expuesto al hormigón a ataques químicos y de oxidación a la armadura.

En lo que se refiere al análisis que se hizo de las fisuraciones tanto con el

hormigón convencional como así también con el hormigón con fibras de

caucho, se pudo evidenciar que tiene una disminución de 26.67%, 30.99% y

44.30% aplicando 0.025%, 0.050% y 0.100% de fibras respectivamente en lo

que se refiere al ancho medio de las fisuras presentadas en los ensayos, por lo

cual se puede concluir que se llevó a cabo el estudio logrando los objetivos

planteados en la investigación.

El reciclado y recauchutacion de materiales de deshecho tales como el caucho

usado, como material de construcción, reduce el acopio de materiales

considerados basura, colaborando con el medio ambiente y el impacto que

genera al mismo los depósitos de estos materiales.

La fabricación de hormigones a partir de residuos es un buen método para

valorizar los mismos y evitar el despilfarro de materia prima que supone el

vertido indiscriminado de estos como quema de los mismos y la

contaminación.

Se demostró la hipótesis planteada en un principio, la reducción porcentual de

los anchos de fisura de distintos tipos de mezcla de hormigón con fibras de

caucho y la obtención de una resistencia a compresión aplicada y que se

encuentre dentro de normas establecidas y estandarizadas para nuestra región,

con lo que se comprueba que el hormigón con fibras de caucho es una

alternativa para los hormigones convencionales.

Con la incorporación de fibras de caucho en el hormigón logramos evitar el

fenómeno de spalling, proporcionamos ductilidad al hormigón, cosa que

permite absorber energía del impacto, mejoramos también su resistencia

residual y el aumento de las características mecánicas del mismo lo que nos

permite reducir la fisuración y consecuentemente reducir la permeabilidad del

hormigón y con ello la probabilidad de corrosión. Además, las fibras de caucho

126

son una buena solución, pues entre sus múltiples cualidades cabe destacar que

son químicamente inertes, a prueba de corrosión, a diferencia de las fibras de

acero.

Finalmente podemos decir que el hormigón con fibras de caucho tiene menor

porcentaje de absorción, ya que las fibras son impermeables los cual se puede

tomar como un aislante a los ataques del agua, también cabe destacar que con

la adición de las fibras de caucho el hormigón adquiere mayor resistencia a la

abrasión, esto sobre todo en elementos superficiales como pavimentos y

puentes en donde se tiene circulación de vehículos los cuales producen

desgaste en la capa de rodadura.

127

Recomendaciones

Si bien, la norma ASTM C 1579 fue desarrollada para estandarizar un

procedimiento de ensayo que permite evaluar la efectividad de la adición de

fibras en el control de la fisurabilidad de un hormigón, durante la etapa de

endurecimiento inicial, en la presente investigación se ha hecho extensivo de

esta metodología para la evaluación de la influencia de otras variables, como

la proporción y porcentaje de fibras de caucho incorporadas al hormigón y la

variación del método de elaboración de la mezcla, en el comportamiento del

hormigón, específicamente en su fisurabilidad frente a condiciones severas de

secamiento.

La experimentación realizada con este método de ensayo puede ser

considerada como factible y válida, en cuanto a sus características de

reproducibilidad, en la medida que se logre que los hormigones que se

comparan en cada ensayo tengan un proceso de elaboración que no implique

un desfase significativo en cuanto a su madurez al momento de ser expuestos

a las condiciones de secamiento, en la cámara. En este estudio, debido a que

no se pudo confeccionar ambas probetas al mismo tiempo, por no contarse con

dos procesos de elaboración de hormigón que fueran relativamente

simultáneos, se debió confeccionar los hormigones por separado dejando una

variable temporal difícil de controlar por los tiempos de preparación

requeridos, especialmente en este caso, que contemplaba métodos distintos de

mezclado, en una y dos etapas. Es por ello que se sugiere para un próximo

estudio, comparar variables en que el tiempo de mezclado no interfiera las

condiciones de exposición, tanto en el instante de partida como en el proceso

de mezclado.

Por los resultados obtenidos en los ensayos, se considera que sería necesario

aumentar el número de repeticiones que establece la norma, por lo menos a tres

repeticiones, en cada unidad de muestreo, si el estudio incorpora variables

distintas a las que se consideran en el método original de la norma. Variables

128

como ancho de fisura, u otras como ponderaciones del ancho de ésta, pueden

no ser suficientes debido a que las fisuras no siempre se comportan de la misma

forma, pudiéndose encontrar fisuras del largo completo en las losetas de

estudio, como otras entrecortadas que no eran comparables entre sí.

Adoptar el procedimiento adecuado para el pesaje de los componentes de las

mezclas, para no tener mucha variación en los resultados y asimismo reducir

los errores accidentales en laboratorio.

Ejecutar de forma precisa los pasos indicados en el método de dosificación del

hormigón, sea el método que fuere.

Las probetas deben ser almacenadas en un lugar apartado, que esté libre de

movimientos e impactos y así lograr que transcurra su etapa de fraguado sin

alteraciones.

El manejo y procesamiento de datos debe ser consistente, se debe analizar toda

la información obtenida, para poder expresarlos de forma clara tanto analítica

como gráficamente.

Se recomienda el reciclado del caucho a partir de los desechos de los vehículos

de la cuidad o provenientes los desechos de las personas, a partir de distintos

procesos como la selección del material, la trituración y reducción de partículas

entre límites de normas estándar y la posterior clasificación del material,

generando un tipo de agregado que en un futuro se pueda comercializar en

nuestro medio para que su producción y utilización sea sostenible.

129

1